黑洞是宇宙空间中存在的大质量天体，由于引力极大，进入视野的光和粒子都不能逃逸。 黑洞受到能够完美吸收视野内物质的特性的启发，为了使能量收集最大化，一直想设计几种“人工黑洞”结构。 近日，厦门大学陈焕阳教授和陈锦辉副教授的研究小组，利用转换光学原理构建了一个可以完全抑制辐射损耗的光学黑洞微腔，相关成果发表在光学期刊《保角光学黑洞微腔》上，主题为《eLight》。
自从黑洞被预测以来，科学家们一直在探索如何在地球上模拟黑洞，但是随着超材料的发展，这个大胆的构想正在逐渐实现。 陈焕阳告诉科技日报记者，理论上，通过调节超材料的等效电磁参数，使光波产生弯曲或完全被吸收的现象，模拟黑洞、宇宙弦、爱因斯坦环等重力效应，该设计可以自由控制光波
回音壁光学微腔是集成光学基本元件，为了使声波能沿天坛回音壁传播很远，光子也在微腔表面沿环形边界传播。 但长期以来，这种回音壁光学微腔固有的辐射损耗问题一直困扰着研究者，尤其是当微腔尺寸接近光波长时，辐射损耗明显增加。 受人工黑洞研究的启发，研究小组利用转换光学原理成功地解决了回音壁微腔辐射损耗这一技术难点。
折射率的空间变化和弯曲时空的等效任意控制电磁波的方法称为转换光学。 基于麦克斯韦方程在坐标变换下具有形式不变的特性，研究人员通过对物理空间中的光进行保角变换操作，即在坐标函数变换过程中保持曲线夹角不变，建立了圆对称光学黑洞微腔。
陈锦辉表示，与传统均匀折射率的回潮壁微腔不同，基于转换光学原理设计的微腔在包层上具有独特的梯度折射率分布，从而形成总是大于光子能量的势垒，使光子无法隧穿研究人员还准备了切割的光学黑洞微腔器件，进行了微波实验测量，证实了该设计方案的有效性。
“根据该设计思路，这种圆对称光学黑洞微腔可以扩展为任意形状，包括单核的四极腔和双核的花生型腔。 ”陈熙阳表示，基于转换光学原理设计光学微腔的策略不仅为控制微腔表面的光场提供了新思路，而且可以推广到声波、弹性波等其他波系的谐振模，用于能量采集和片上集成光子器件设计领域
