近日，海南大学物理与光电工程学院及理论物理中心Konstantin Dorfman研究员团队与德州农工大学、加州大学尔湾分校合作者，在量子增强相干拉曼光谱方面取得重要进展。团队提出量子增强相干拉曼光谱（QECRS）方法，将超快受激拉曼激发与宽带压缩光零拍探测相结合，在低光强下显著抑制非共振背景、提升拉曼信号信噪比，为生物、化学和材料科学中的无标记成像与传感提供了新手段。

相干拉曼光谱可实现无标记化学成像和超快分子动力学研究，但其性能长期受非共振背景限制。QECRS通过探测斯托克斯场与反斯托克斯场之间的宽带双模压缩，为克服这一限制提供了新途径。

创新点一：提出QECRS方法，融合时间分辨与频率分辨测量。

研究团队融合CARS和FSRS的进展，利用短光化脉冲启动分子运动，并在箱式几何中用泵浦、斯托克斯和反斯托克斯脉冲序列进行探测，通过平衡零拍探测与减除揭示斯托克斯场与反斯托克斯场之间的量子压缩。

创新点二：显著抑制非共振背景，提升信噪比。

四波混频过程中产生的压缩可将非共振背景压低至经典散粒噪声极限以下，从而在低光强区提高量子拉曼信号的信噪比和灵敏度，信噪比提升可达数十dB。同时，研究揭示了与非经典响应函数相关的量子光谱学特征，在特定光量子态下可表现为吸收线型与色散线型之间的互换，具有无经典类比的特性。

创新点三：应用于DNA光复活修复动力学研究。

团队进一步将QECRS应用于环丁烷胸腺嘧啶二聚体中碳—碳键断裂的光复活修复动力学，这是修复紫外诱导DNA损伤的关键步骤，对生命科学和临床应用具有重要意义。

图1 QECRS原理与结果示意。A. CRS（CARS与CSRS）信号能级图（左）及对应时域脉冲配置（右）；B. QECRS探测装置示意；C. 四态跳跃（FSJ）模型中经正向和反向布居转移相连的振动模式构象；D. 拉曼光谱快照。

相关论文以《Quantum-enhanced coherent Raman spectroscopy with broadband squeezed-light detection》为题发表于《美国国家科学院院刊》（PNAS）。Konstantin Dorfman研究员为第一作者兼共同通讯作者，Vladislav Yakovlev教授和Shaul Mukamel教授为共同通讯作者，海南大学为第一署名单位。该工作得到国家自然科学基金项目（W2631014，12547103）资助。文章链接：www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2611941123。

文稿：Konstantin Dorfman

初审：刘 京

复审：陈文钦

终审：黄文强