1. 超快激光与纳米材料相互作用

         超快光学和纳米光电子学为研究微观粒子的瞬态运动过程提供了阿秒的时间分辨率和亚纳米的空间分辨率，让人们能够直接观测和操纵纳米材料中的电子运动，极大的推动了光电子、纳米电子器件、纳米材料加工、光催化、生物技术等领域的发展。激光聚焦到纳米材料上激发的集体电子振荡、表面等离子体激元等现象，使得纳米结构上特定区域的电场明显增强，通过调制激光脉冲的参数，可以实现精确探测和控制电子的发射过程。基于课题组的超快激光驱动纳米材料离子动量探测理论模型和实验装置，我们正致力于揭示纳米材料中电子隧道电离动力学过程，精密测量纳米材料的非线性光学响应时间，最终实现基于超快激光驱动纳米材料的孤立阿秒电子脉冲源。

2. 超快激光与原子分子相互作用

   19世纪初，人们借助于超快摄影机解答了“马在奔跑过程中是否会四脚离地”这个问题。随着飞秒激光器的产生及激光技术的发展，人们可以从原子分子的角度探究电子的运动以及分子的振动、转动等物理过程。原子分子中电子的运动时间尺度达到了阿秒量级，电子的超快动力学研究对理解光与物质相互作用，揭示化学反应机理，探索量子世界奥妙具有重要的指导意义。我们将围绕超短激光脉冲诱导的强场电离，强场激发等现象，运用理论分析和数值模拟实现在亚周期时间尺度上观测并调控电子动力学过程，为理解微观世界的运动规律奠定基础。

3. 纳米材料增强的光电探测与光催化

         半导体纳米材料的光吸收特性由其能带结构决定，通常存在吸收偏弱且吸收带边难调谐等缺点，故半导体纳米材料的光电转换效率较低。金属纳米单元等离子体共振具有更高的吸收截面，且吸收峰可以实现在紫外-可见-红外全波段的调谐，等离子体共振产生的局域电磁场增强、增强光的吸收和散射，产生热电子，这为改善半导体光电探测过程提供了多种调控手段。本课题组构建等离子体金属/半导体复合纳米单元，实现等离子体共振增强的光电转换（光电探测和光催化等），尤其关注界面优化对载流子（包括热载流子）的产生、弛豫和输运等超快动力学过程的调控，从而构建高效的光电探测器和光催化剂。

4. 基于纳米材料的新型光电探测器制备

         目前二维材料探测器可以实现超高的单项性能指标，例如光响应率可高达1010 A/W，光导增益1012，响应时间1ps等。然而，器件的实际应用需要考虑器件的综合性能及研制成本。在半导体技术快速发展的大背景下，我们通过构建范德华异质结及对二维半导体材料结构的设计和调控，制备具有在室温条件下的宽波段、高响应率、超灵敏、超大面阵及多维度光信息探测等特点的光电探测器件，推动新一代集成纳米光电探测器件的发展。另外，我们也致力于二维材料的大规模制备，为未来制备二维材料大面阵器件打下基础。

5. 激光检测技术及应用

      1）基于可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术的高灵敏度实时痕量气体检测。我们研发的新型检测设备采用激光光谱方法进行痕量气体检测，能够对空气中含量不到亿分之一的气体分子成分提供高灵敏度、高精度、非接触的实时鉴别和定量分析，在国防安全、环境检测、工业制造、以及医疗诊断等领域有着广泛应用。

      2）基于激光拉曼、激光荧光光谱技术的液体检测。我们采用多波长激光光谱技术，融合传统的激光荧光光谱法与激光吸收光谱法，探索并实现水质参数、酒精浓度等参数的宽范围、高精度、实时、原位测量。

      3）激光成像雷达。我们研发的激光雷达成像技术具有较高的空间、时间分辨率，能直接成目标四维图像。系统可机载、船载或安装在潜艇、水下机器人等水下载体上，能稳定获取舰船、岛礁、海面及海下小目标的四维像，是一种切实有效的监测技术；也可用于水下工程安装、检修，水下环境监测、救生打捞、海底地貌勘察、水下海洋生物遥感和海底石油开采等海洋开发。