iScience光学特刊：近红外发光材料工程进展

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每年的5月16日是联合国教科文组织设立的“国际光日”。在1960年的这一天，物理学家兼工程师西奥多·梅曼第一次成功产生激光。这一国际日旨在呼吁加强科学合作，发挥其促进和平与可持续发展的潜力。

为纪念这一国际日，本期iScience合辑中，小编为大家挑选了8篇光学领域的重要论文。

超快光纤激光器：发展中的多功能工具箱

超快光纤激光器因其全光纤格式的潜力、优秀的光束质量、卓越的功率可扩展性和高单通增益等固有的优点，在过去几十年中获得了快速发展，在高场科学、激光加工、精密测量、光通信、显微镜和光谱学以及眼科医学等方面都有广泛的应用。超快光纤激光器的性能是由激光器参数定义的，其中包括重复率、光谱带宽、脉冲持续时间、脉冲能量、波长调谐范围和平均功率。在过去几年中，这些参数已经发展提高到了一个前所未有的水平。中国科学院物理研究所常国庆、魏志义等人发表综述文章，回顾了这些使能技术，明确表明超快脉冲和光纤之间的非线性相互作用发挥了重要作用。由于有源和无源光纤的快速发展，超快光纤激光器的工具箱将继续扩大，为科学和工业问题提供解决方案。

近红外发光材料工程进展

近红外（NIR）发光材料已经成为一个越来越受关注的领域，特别是在生物学、化学和物理学中的成像和光学应用。然而其材料开发中一直存在一系列的问题，这些问题阻碍了它们在台式研究之外的广泛使用。加利福尼亚大学伯克利分校Markita P. Landry团队在这篇综述文章中探讨了近红外材料的一些新趋势及其应用。特别关注对近红外材料固有特性的更全面理解，以及研究人员可以怎样借此更好地利用这些特性，在生物和物理科学领域进行创新以及应用。

增强现实和虚拟现实显示器：观点和挑战

增强现实（AR）和虚拟现实（VR）作为下一代移动平台最有希望的候选者之一，有可能彻底改变我们对各种数字信息的感知和互动方式。显示以及光学技术的最新进展，加上快速发展的数字处理器，为进一步推进近眼显示系统提供了新的发展方向。美国中佛罗里达大学吴诗聪团队发表最新观点文章。本文首先分析了人类视觉系统对近眼显示器的光学要求，然后将其与最先进设备的规格进行比较，合理地显示了现阶段近眼显示器的主要挑战。之后，逐一介绍了包括最新的光学研究在内的解决AR和VR显示中这些挑战的潜在方案，这些方案已经或有可能在扩展现实显示中实现产业化。

光催化有机合成的新概念

可见光光催化已经成为有机合成的一个强有力的工具，它使用光子作为无痕的可持续试剂。该领域的大部分活动都集中在通过常见的光氧化循环发展新的反应，但最近一些令人兴奋的新概念和战略进入了这一的领域。马克思普朗克胶体与界面研究所Bartholomäus Pieber团队调查了使用更长波长的方法，并表明光子的波长和强度是重要的参数，能够调整光催化剂的反应性，以控制或改变化学反应的选择性。此外，研究者还讨论了最近用光替代如锂和钠等强还原剂的相关研究，以及该领域的技术进步。

信息超材料系统

超材料在控制电磁波方面有很大的能力和灵活性，因为它们的亚波长元原子可以按需定制。然而一旦纯结构的超材料（即无源超材料）被制造出来，其功能将被固定。为了动态地控制电磁波，有源器件被集成到超原子中，产生了有源超材料。传统上，有源超材料包括可调谐超材料和可重构超材料，它们要么具有小范围的可调谐性，要么具有几个数字的可重构性。最近出现了一种特殊的有源超材料，即数字编码和可编程超材料。它可以实现大量不同的功能，并借助现场可编程门阵列（FPGA）实时切换。更重要的是，超材料的数字编码表征使得利用超材料平台连接数字世界和物理世界成为可能，使超材料直接处理数字信息，形成信息超材料。在这篇综述文章中，东南大学崔铁军团队首先介绍了超材料的演变，然后介绍了数字编码超材料和信息超材料的概念和基本原理。也详细讨论了可编程超材料系统、软件超材料系统、智能超材料系统和空间—时间编码超材料系统等一系列的信息超材料系统。最后介绍了信息超材料研究的目前进展并预测了其未来发展趋势。

微球——光学显微镜的未来

光学显微镜以其巨大的灵活性、可靠的设计和低廉的成本成为最广泛使用的成像工具之一。光学微球纳米镜（OMN）的发明可以大大增强传统光学显微镜的观察能力。在这篇观点文章中，新加坡国立大学洪明辉团队简要地讨论了OMN的前景。它都有着巨大的自由度。OMN已经成功实现了商业化。研究者在本文中将过去的经验和策略进行了总结，为未来技术企业家提供有益借鉴。并且研究者根据其故事和模型，列出了成功的因素，可用于评估其他商业化项目并找出需要进一步改进的方向。

超快光纤激光器：发展中的多功能工具箱

厦门大学林乃波、新加坡国立大学Xiangyang Liu团队发表综述文章。五千多年来，蚕丝一直被认为是一种奢侈的纺织品。原生丝纤维素（SF）薄膜具有优良的光学透明度（≈90%）并在紫外光下表现出荧光。丝绸的染色过程非常重要，也非常困难。颜料着色和结构着色等方法已经被测试用于丝绸织物的着色。为了使荧光丝绸功能化，研究者探究了功能化合物与SF的体内和体外组装以及由此产生的荧光发射的放大作用。最后，研究者讨论了SF材料在基本光学元件、光能转换装置、光化学反应、传感和成像方面的应用。这篇综述有望使人们深入了解光与丝的相互作用，并激励研究人员在考虑历史、材料特性和未来前景的情况下开发丝材料。

定量大规模光学超分辨率面临的挑战及一些简单的解决方案

光学超分辨率显微镜（SRM）使生物学家能够以接近分子的分辨率观察细胞结构，使人们能够前所未有地了解细胞内大分子的数量、大小和空间分布的细节。精确量化这些分子细节需要大量高质量、可重复的SRM图像数据集。在这篇综述中，德国哥廷根大学Tal M. Dankovich和合作者讨论了定量SRM所面临的一系列独特的挑战，特别关注传统标本制备技术的缺陷和对分子目标进行最佳标记的必要性。研究者进一步讨论了扩展SRM方法的障碍，如冗长的图像采集和复杂的SRM数据分析。并且对于每一个挑战，研究者都回顾了该领域的最新进展，以规避这些陷阱，并为生物学家提供了优化SRM实验的实用建议。

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