痕量物质组分分析技术在环境保护、工业过程控制、能源高效利用、公共安全、生命健康及基础科学研究等领域具有重要的应用价值。本研究方向始终秉持“四个面向”战略，致力于推动新质生产力发展，依托“物理学”和“光学工程”学科，在光量子技术与器件全国重点实验室、激光碳监测教育部国际联合实验室及山西省先进光谱检测技术工程研究中心等高水平平台支撑下，深入开展痕量物质精密测量技术研究与仪器研制等工作。
本方向现有国家重点研发计划首席科学家1人，国家优秀青年基金获得者2人，“三晋英才”科技创新领军人才2人，青年拔尖人才1人，山西省青年学术带头人2人。经过多年发展，形成了超灵敏激光吸收光谱技术与应用、光学传感技术以及激光诱导击穿光谱技术与应用四个研究方向。围绕国家及社会的重大需求，相继开展了激光吸收光谱、激光光声光谱、激光诱导击穿光谱以及激光拉曼光谱等前沿技术的研究，聚焦环境保护、双碳目标、能源高效利用、核工业、电力安全等领域的气固物质组份高灵敏、高选择、实时在线检测。
近年来，在国家重点研发计划项目、国家自然科学基金重大科研仪器研制项目、国家自然科学基金重点项目、山西省重点研发计划项目等国家及省部级重点项目和各类企业横向课题的支持下，突破了传统光声检测灵敏度低、响应慢、且仅适用于单气体检测等关键技术瓶颈，研制出系列高性能光声气体检测装备；发展了NIRS-XRF双谱融合煤质快速在线监测技术，研制出覆盖购、储、配、用的智能在线监测系统；发展了基于超灵敏腔增强吸收光谱的高精度痕量气体检测技术平台，实现了关键温室气体CO2、CH4、放射性14CO2等气体的高精度测量；针对气体拉曼散射截面弱，检测灵敏度低的问题，发展了腔增强拉曼光谱检测技术，实现了H2、N2、O2、C-H化合物等气体ppm量级的同时检测。
本方向高度重视产学研深度融合，近年来与中国辐射防护研究院、中国大唐集团、中国煤炭科工集团、聚光科技（杭州）股份有限公司、苏州冠德能源科技有限公司、山东惠工电气股份有限公司、山西新思备科技股份有限公司、青岛明华电子仪器有限公司、山西国惠华光科技有限公司、深圳市昂为电子有限公司等多家企业开展紧密技术合作，突破多项关键“卡脖子”技术，有力提升了仪器装备制造水平，为高端制造业高质量发展注入强劲动力。
