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科技日报记者付晓波

黑洞是一种存在于宇宙空间中的巨大天体。 由于其巨大的引力，所有进入其事件视界的光和粒子都无法逃脱。 受到黑洞可以吸收事件视界中物质这一特性的启发，研究人员一直希望设计一些“人造黑洞”结构来最大限度地收集能量。 近日，厦门大学陈焕阳教授和陈锦辉副教授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失的光学黑洞微腔。 相关成果发表在《 Black Hole with Angle》上。 ：简讯()上。

自从黑洞被预言以来，科学家们就一直在探索如何在地球上模拟黑洞，而随着超材料的发展，这个大胆的想法正在逐渐实现。 陈焕阳介绍，理论上，通过调整超材料的等效电磁参数，可以使光波转向或完全吸收，从而模拟黑洞、宇宙弦、爱因斯坦环等引力效应。 进行自由调节，产生拐角或者被完全吸收等现象，类似于时空的曲率。

回音壁光学微腔是集成光学的基本元件。 正如声波可以沿着天坛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。 然而，这类回音壁光学微腔固有的辐射损耗一直困扰着研究人员，特别是当微腔尺寸接近光的波长时，辐射损耗会显着增加。 受人造黑洞研究的启发，研究团队利用变换光学原理青鸾传媒，成功解决了回音壁微腔辐射损失的技术难题（图1）。

图1：光学黑洞微腔的艺术渲染。照片由厦门大学提供

利用折射率的空间变化和弯曲时空的等效性来任意控制电磁波的方法称为变换光学。 基于麦克斯韦方程组在坐标变换下不变的事实，在本研究中，研究人员对物理空间中的光进行了保形变换操作，即在坐标函数变换过程中保持曲线的角度不变，构造了一类提出了圆对称光学黑洞微腔（如图2所示）。

图2：共形光学黑洞微腔设计示意图。厦门大学供图

陈金辉介绍微商变换，与传统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内具有独特的梯度折射率分布微商变换，构造了一个始终大于能量的势垒。光子，使得光子不可能隧道，从而被有效地捕获在微腔中。 研究人员还制备了截断光学黑洞微腔装置，并进行了微波实验测量，证实了设计方案的有效性。

图3：光学黑洞微腔器件设计及微波实验测量结果。厦门大学供图

“根据这种设计思路，这种圆形对称光学黑洞微腔还可以扩展到任何形状，例如单核四极腔和双核花生状腔。” 陈焕阳表示，基于变换光学原理设计光学微腔策略不仅为控制微腔表面光场提供了新的思路，而且还可以推广到其他波系的谐振模式，比如如声波和弹性波，有望应用于能量收集和片上集成光子器件设计领域。

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