据中国激光杂志社网，于2023年10月06日报道，为庆祝国庆，10月1日晚，香港时隔5年再度举办盛大的烟花表演。烟花爆破的刹那，不仅是对节日的庆祝，更是对国家和民族情感的寄托。

        烟花的魅力并不止于此，无论是生命起源还是宇宙奥秘，无论微观还是宏观，都有它参与“表演”。而这背后，都与光学紧密相连。今天，就让我们走进“烟花”世界，一同揭开其背后的光学之谜。

        烟花之美：焰色反应与颜色的光学原理

        传统烟花与爆竹结构相似，主要由含有硫磺、木炭、硝酸钾等物质的黑火药和药引构成。为了使烟花更为多彩，在制作时还会加入特定的发光剂和发色剂。经过精心包装，它们便成为了市场上常见的烟花。

        在烟花的制作中，添加发光剂和发色剂是决定其绚丽颜色的核心步骤。这背后涉及的光学原理是我们所熟知的“焰色反应”，即通过燃烧不同的金属/金属盐来产生各种颜色的光芒。在微观层面，当这些金属元素被加热至特定温度时，其内部原子的电子会吸收能量，并从低能级轨道跃迁至高能级轨道。但由于高能级轨道上的电子状态不稳定，它们很快会返回到低能级轨道，同时以光的形式释放出多余的能量，为火焰“附色”。在肉眼可感知的范围内，不同金属/金属盐电子跃迁释放的光波长各异，因此所呈现的颜色就会不同。几种常见金属的焰色如图3所示。

        探索“宇宙烟花”：伽马射线暴的利器——“拉索”

        绚丽烟花背后，是化学与物理学的完美结合；通过对焰色反应的掌握，我们得以欣赏到五彩斑斓的天空。而宇宙也为我们呈现了一场更为壮观的“烟花表演”——伽马射线暴（简称为伽马暴）。它描述的是来自宇宙某一方向的伽马射线在极短时间内急剧增强，然后迅速减弱的天文现象。这种射线暴是继宇宙大爆炸后最为激烈的天体爆炸现象，其在短短几秒内释放的能量与太阳在100亿年中辐射出的能量相当，因此被称为宇宙中最强大的事件。

        我国的高海拔宇宙线观测站“拉索”（LHAASO）是全球海拔最高、规模最庞大且灵敏度超群的伽马射线探测设备。它的核心使命是捕捉从遥远宇宙飞向地球的宇宙射线，帮助科研人员探索宇宙的深邃之谜并揭示宇宙射线的起源。2022年10月9日，众多高达万亿电子伏特的伽马光子跨越浩渺的宇宙，进入“拉索”观测站的视野，其中超过6万个伽马光子被成功捕获。这一重大发现的研究成果已于2023年6月发表在Science上（DOI：10.1126/science.adg9328）。

        “拉索”占地面积达1.36平方公里，由三大阵列组成：5216个电磁粒子探测器和1188个缪子探测器构成的1平方公里的地面簇射粒子探测器阵列（KM2A）、3120个探测单元组建的78000平方米的水切伦科夫探测器阵列（WCDA）、18台望远镜组成的广角切伦科夫望远镜阵列。此次伽马射线暴的观测数据主要来源于WCDA阵列。该阵列使用了36万吨纯净水作为介质，并在水底部署了各种尺寸的光敏探头，以捕捉伽马射线或宇宙线在大气中的动态。图5为论文中提供的水切连科夫探测器阵列的示意图。

          锌烟花——显微镜下的生命“烟花”

        “拉索”观测站深入探索宇宙中的伽马射线暴，揭示了宇宙尺度上的“烟花”现象。而当我们将目光从浩渺的宇宙转向生命的微观世界，同样可以发现生命过程中的另一种“烟花”，那就是卵细胞受精时释放的“锌烟花”。美国西北大学一个科研团队在对卵细胞的受精观测中发现，卵细胞在发育过程中，会将大量的锌储存在卵细胞表面的囊泡内。而当卵细胞与精子结合的那一刹那，它会迅速释放出上百亿的锌离子，这导致周围区域瞬间闪现出耀眼的光芒（图6），如同夜空中绚烂的烟花，因此被命名为“锌烟花”（DOI：10.1038/srep24737、https://doi.org/10.1038/s41557-021-00705-2）。

        当然，锌烟花的观测离不开现代光学科技手段，即X射线荧光显微镜和电子显微镜等优秀光学显微技术。光学显微技术具备损伤小、高分辨率和高灵敏度等特点，一直是人们窥探微观世界的重要工具，为探索和理解生命的奥秘提供了成像手段，推动了生命科学、医疗、材料等学科的技术进步。 

        在生命科学中，人们借助光学显微镜能够观测生物体内细胞器、蛋白质等微观结构，为揭示了生命的奥秘及疾病的发生和发展机理提供了最直接的证据；在医疗领域，医生利用光学显微镜不仅检查病理标本以准确诊断疾病，而且可以术中导航，提高手术的精确性和安全性；在材料领域，光学显微技术可用于研究材料的微观结构、晶体缺陷、界面性质为优化材料的性能和功能提供指导。

        为总结相关领域的最新成果，加强学术交流，《激光与光电子学进展》决定在2024年3月第6期推出“光学显微成像技术”专栏，现公开征集相关领域的研究论文和综述，诚挚邀请国内外专家赐稿。

        征稿范围：包括新型荧光探针、 超分辨显微成像新原理和新方法、三维显微成像方法、 定量相位显微成像、偏振显微成像、多光谱显微成像、光声显微成像、非线性显微成像、穿透散射介质显微成像等多个光学显微成像领域，同时不局限于上述内容，非常欢迎其他光学显微成像技术方向的相关论文！

        截稿日期：2023年11月30日

        投稿方式：通过《激光与光电子学进展》官网的投稿系统进入“作者中心”，按系统要求填写信息，上传稿件（留言请标明“光学显微成像技术ng>专题投稿）。投稿模板及要求请参见作者中心首页。

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