厦门大学团队：用变换光学原理造出“人工黑洞”

黑洞是一种存在于宇宙空间的大质量天体由于其巨大的引力，所有进入其视界的光和粒子都无法逃逸受黑洞可以完美吸收视界中物质的特性启发，研究人员一直希望设计一些人造黑洞结构，以最大限度地收集能量最近，厦门大学陈教授和副教授的研究团队利用变换光学原理构建了一种可以完全抑制辐射损耗的光学黑洞微腔相关结果发表在光学杂志《eLight》上，题目是《共形光学黑洞微腔》

自从黑洞被预言以来，科学家们一直在探索如何在地球上模拟黑洞伴随着超材料的发展，这个大胆的想法正在逐步实现陈告诉科技日报记者，理论上，通过调整超材料的等效电磁参数，可以使光波发生弯曲或完全吸收，从而模拟黑洞，宇宙弦，爱因斯坦环等引力效应这种设计可以自由控制光波

回音壁光学微腔是集成光学的基本组成部分就像声波可以沿着天坛的回音壁传播很远的距离一样，光子也会沿着微腔表面的环形边界传播可是，这种回音壁光学微腔固有的辐射损耗长期以来一直困扰着研究人员，特别是当微腔尺寸接近光的波长时，辐射损耗会显著增加受人工黑洞研究的启发，研究团队利用变换光学原理成功解决了回音壁微腔辐射损耗的技术难点

利用折射率的空间变化和弯曲时空的等效性对电磁波进行任意调控的方法称为变换光学基于麦克斯韦方程组在坐标变换下形式不变的特点，研究人员通过光在物理空间的保角变换，即在坐标函数变换过程中保持曲线夹角不变，构造了一类圆对称光学黑洞微腔

陈锦辉介绍，与传统的折射率均匀的回音壁微腔不同，基于变换光学原理设计的微腔在包层中具有独特的梯度折射率分布，从而构建了一个始终大于光子能量的势垒，使得光子无法隧穿，从而被有效束缚在微腔中研究人员还制备了截断光学黑洞微腔器件，并进行了微波实验测量，证明了设计方案的有效性

按照这种设计思路，这种圆对称光学黑洞微腔还可以推广到任何形状，比如单芯四极腔，双芯花生状腔陈表示，基于变换光学原理设计光学微腔的策略，不仅为微腔表面光场的调控提供了新的思路，还可以推广到声波，弹性波等其他波系的共振模式，有望在能量收集和片上集成光子器件设计领域得到应用