我校陈钱教授领衔的国家重大科研仪器研制项目——宽带分子转动光谱仪的研制已结题，项目团队研制出频谱覆盖1-1100 GHz的分子转动光谱仪器设备，是当今国际上频谱覆盖最广的分子转动发射光谱研究平台。
项目团队以国家战略需求为指导，以国家重大科研仪器研制项目成果为基础，扎根微电子学院（集成电路学院），积极探索分子转动光谱仪器和极端环境下基于转动发射光谱的量子频率基准的集成化和芯片化技术。近日，项目团队在仪器集成化建设方面取得进展，相关研究成果发表在微波领域的国际顶级期刊IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques上，文章题目为：FPGA Based Broadband Measurement of Rotational Transitions With LO-Hopping and Quadrature-Detection Techniques（文章链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/10197216）。该论文共4名作者，博士研究生吴毅与博士后焦超为共第一作者，陈钱教授与孙铭副教授与为共通讯作者。此外，吴毅曾作为队长凭该项目获得第十五届研电赛华东赛区一等奖。
研究成果简介：分子转动光谱仪可精准测量分子转动能级跃迁，在大气成分监测、星际物质分子鉴定和量子频率基准等研究领域有重要应用。分子转动光谱仪也是研究分子结构、分子动力学、超流体、气相团簇、复合物隧穿效应等量子力学课题不可或缺的实验室工具。分子转动光谱仪目前没有商业化产品，研制过程复杂且昂贵。尽管有国际团队尝试使用便捷的即插即用板卡来降低宽带分子转动光谱仪成本，但依然面临诸多问题： (1) 即插即用板卡的低采样率限制仪器带宽；(2) 硬件同步仍需要专用设备；(3) 收发电路的相位匹配不够稳定。为了解决上述问题，项目团队设计了一款基于现场可编程门阵列（FPGA）的小型化光谱仪，集成了用于产生本振源（LO）跳变的快速锁相环（PLL）微波合成板卡，用于产生调制脉冲的直接数字合成（DDS）任意波形板卡，以及用于双边带识别的零差正交检测系统，从而实现了宽带和镜像抑制功能。该片上系统仪器测量了氰基乙炔（cyanoacetylene）、二苯并呋喃（dibenzofuran）和碘化叔丁酯（tert-butyl iodide）三种分子的纯转动光谱，展示了单次超声速气体喷射下五个LO跳变的全带宽扫描光谱，测量精度约为30 kHz，线宽约为250 kHz，性能与国际上昂贵的宽带设备相当。尽管文中这种基于FPGA的集成设计仅工作于S波段，但无论理论还是技术上均可轻松扩展到太赫兹频段，这可能为该领域的仪器建设带来引领潮流的新视角。当前，项目团队正在利用这种光谱获取与集成化技术进一步开展实验室级微波和太赫兹分子频标（分子钟）的研究，从而提供出一种耐极端环境的芯片级量子时钟方案，推动国内微型定位导航授时（PNT：Position、Navigation、Timing）体系的快速发展。
