瞄准精密光谱与量子探测领域的科学前沿与国家重大需要，组建了精密光梳光谱、超快分子操控以及红外光子探测三个具有国际竞争实力的实验研究平台，旨在发展提高光场精密控制及精密光谱学的精度、灵敏度、稳定度、空间和频谱分辨率的新原理和新方法，从而拓展光场精密控制的内涵、概念及其应用领域。

-全波段光梳精密光谱学

发展极紫外和中远红外等新波段光场时-频域精密控制及其高精度相干传递的新方法，解决不同波段光场时-频域精密控制的相干传递、飞秒光梳高功率放大中相位噪声抑制、高阶非线性过程中相干传递等关键科学问题，结合多波段飞秒光梳实现分子振转指纹光谱高分辨检测，在复杂分子体系中实现时空超高分辨与频谱超高精度的控制。

-超快精密分子光谱学

探究相干操控分子中电子波包的极端超快运动、分子振转指纹光谱高分辨检测、时频域高分辨的分子非线性共振激发和调控等新方法和新技术，在超快时间尺度更高精度地操控光子，跨越到更深的层次上认识分子内部的结构和运动过程，发现新现象和新规律。

-单光子非线性光学与应用

研究飞秒光梳的量子特性，探索如何实现光场时-频域精密控制（高精度和高分辨率）和光子调控（高灵敏度）的有机结合，实现光子与原子协同操控以及高保真量子转换与控制，建立量子极限的超灵敏光谱学新技术，发展高效率单光子探测及操控的新技术新方法，把光子精密操控技术用于单光子信息处理与单光子通信，为构建光量子传输与计算网络提供实用化技术和创新器件。