前言

20世紀初，科學家們對原子輻射分離光譜的研究，催生了量子力學；20世紀中葉，激光的出現，使得科學家們對原子內態和外態的精密控制成為可能，同時也為光的頻率精密控制奠定了基礎。隨著原子物理與量子物理基礎研究的發展，催生了量子技術：原子的光抽運技術（1966年諾貝爾物理學獎）是銣原子鐘、原子磁場計等的基礎；原子飽和吸收光譜技術（1986年諾貝爾物理學獎）的發明推動了激光穩頻技術的發展；基于激光穩頻技術的激光冷卻原子技術（1997年諾貝爾物理學獎）又推動了原子噴泉鐘、光鐘（2012年諾貝爾物理學獎）、原子干涉儀、原子陀螺、原子磁場計以及玻色-愛因斯坦凝聚（2001年諾貝爾物理學獎）、量子模擬、量子計算等的發展。另外，脈沖激光技術的發展，使得科學家們對光學頻率的測量與控制更為方便，基于飛秒激光鎖模技術的光學梳狀發生器（2005年諾貝爾物理學獎），可以實現微波至光波的精密頻率轉換與控制，也可以對原子結構以及物理常數進行高度精密的測量。

以上技術的發展，形成了當代量子技術的基礎，相關研究領域都是前沿熱門課題，對社會發展產生了深遠的影響。本教材設計了一系列實驗，將上述諾貝爾獎的成果轉換到實驗課程之中，使得學生能夠通過實驗感受、理解與掌握量子技術的基本技巧，具體包括連續激光頻率穩頻技術、飽和吸收光譜技術、激光抽運技術、原子冷卻技術、脈沖激光鎖模技術、脈沖激光擴譜技術、光梳頻率測量技術等；每個實驗的設計都以相關諾貝爾獎的工作為藍本，遵循高起點、低落點的原則，深入淺出，精心設計，保證學生通過一定的獨立思考和小組討論，就能完整地做出實驗，從而直觀感受先賢們的絕妙設計；實驗課程的目標，旨在鍛煉學生基本科研技能的同時，培養科研興趣，激發科研熱情。

同時，為了完備實驗課程所涵蓋的各類量子技術，新的實驗也在不斷設計補充之中，確保緊跟時代發展潮流。

北京大學信息科學技術學院新開設“高級光電子技術實驗”課程，本書的內容選自該課程的基本內容，分為原理篇和實驗篇兩部分，可以為高級光電子技術實驗或量子技術基礎實驗所用。

本教材由北京大學信息科學技術學院的老師們共同編寫：第一章、實驗一和實驗二由齊向暉編寫；第二章、第三章和實驗四由陳徐宗編寫；第四章、實驗六和實驗七由王愛民編寫；第五章、實驗五和實驗八由王青編寫，實驗三和附錄部分由賴舜男編寫。本教材實驗由陳徐宗負責總體設計與策劃，由王青與賴舜男負責校對與修改。在編寫過程中得到了北京大學王志軍老師、李文新老師、張新祥老師等的熱情幫助，在此表示誠摯的謝意。

由于水平有限與時間倉促，錯誤和不妥之處在所難免，懇請讀者指出錯誤和提出意見，我們至為歡迎！

作者

2018年1月