在廣袤無垠的宇宙中，黑洞和白洞作為神秘的天體，一直以來都是科學界研究的熱點。黑洞憑借其強大的引力，使得任何進入其“視界”的物質(zhì)和光線都無法逃脫；而白洞則恰恰相反，它拒絕一切物質(zhì)和光線的靠近。這些獨特的天體現(xiàn)象激發(fā)了科研人員的無限遐想：能否在實驗室中通過光學裝置模擬出類似的神奇效應(yīng)？近期，英國南安普頓大學EricPlum和NinaVaidya團隊取得了重要研究成果，成功研制出一種極簡光學器件，該器件能夠模擬黑洞和白洞的光學特性，實現(xiàn)對光的特殊操控，相關(guān)研究成果發(fā)表于《AdvancedPhotonics》2025年第2期。

    一、創(chuàng)新光學器件：基于偏振的光控雙模式
    在光學研究領(lǐng)域，光線的吸收與反射始終是關(guān)鍵課題，其在光能利用、探測技術(shù)以及隱身科技等多個方面都有著重要意義。然而，傳統(tǒng)材料受自身厚度和結(jié)構(gòu)的制約，在實現(xiàn)寬頻段的完美吸收或反射方面存在較大困難。近年來興起的“相干完美吸收”技術(shù)為該領(lǐng)域帶來了新的研究思路，它能夠借助特殊的干涉效應(yīng)實現(xiàn)對光的完全吸收或反射的精準控制。
    此次研究團隊研制的光學“黑白洞”器件，結(jié)構(gòu)簡潔卻性能卓越。該裝置主要由兩個精密拋光且呈90°相對放置的棱鏡，以及中間夾著的一層極薄的吸收膜構(gòu)成。當空間相干光（例如激光）照射到該裝置上時，依據(jù)入射光偏振狀態(tài)的不同，會產(chǎn)生截然不同的兩種效果。
    若入射光的電場偏振方向平行于吸收薄膜（即s偏振），兩束光會在薄膜處發(fā)生完全的相長干涉，此時光線幾乎全部被吸收，呈現(xiàn)出類似黑洞的效果。實驗數(shù)據(jù)顯示，在垂直入射的情況下，對于s偏振光，該裝置的吸收率高達91%，近乎實現(xiàn)完全吸收。相反，當入射光的電場偏振方向垂直于吸收薄膜（即p偏振）時，兩束光在薄膜處相互抵消，光線幾乎完全被反射，類似白洞的效果，對p偏振光的反射率高達85%。值得一提的是，這種獨特的效果并非局限于單一波長，而是具有寬波段特性，在不同波長條件下均能保持較高的吸收或反射效率。

    二、工作原理：干涉與偏振的協(xié)同作用
    該光學器件實現(xiàn)“黑洞”與“白洞”雙模式切換的功能，基于一系列復雜而精妙的物理原理。當空間相干的入射輻射的波前形成駐波時，駐波與薄吸收體之間的相互作用起到了關(guān)鍵作用。在s偏振光入射時，駐波的特性使得兩束光在吸收膜處形成相長干涉，從而實現(xiàn)相干完美吸收；而在p偏振光入射時，駐波與吸收膜的相互作用則導致相干完美透射，光線被反射出去。
    此外，干涉光束的幾何相位是產(chǎn)生偏振敏感性的重要原因。不同偏振方向的光具有不同的幾何相位，這使得在相同的裝置結(jié)構(gòu)下，能夠根據(jù)光的偏振狀態(tài)實現(xiàn)不同的光學效果，即分別模擬黑洞和白洞對光的吸收和反射特性。

    三、應(yīng)用前景：多領(lǐng)域的潛在變革
    這種簡單高效的光學“黑白洞”裝置在眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。
    在能源領(lǐng)域，其寬帶吸收特性可用于優(yōu)化太陽能電池的設(shè)計，提高太陽能電池對不同波長光的捕獲效率，進而提升太陽能的轉(zhuǎn)化效率，為可再生能源的發(fā)展提供新的技術(shù)支持。
    在探測與隱身技術(shù)方面，利用“光學黑洞”模式，該裝置可作為高性能探測器，能夠更有效地吸收目標信號光，減少背景噪聲的干擾，提高探測的精度和靈敏度；而“光學白洞”模式下的寬帶反射特性，則有可能應(yīng)用于光學隱身技術(shù)，實現(xiàn)物體在特定偏振光下的隱形效果，為軍事和民用領(lǐng)域的隱身技術(shù)發(fā)展帶來新的可能。
    從更廣泛的角度來看，這一研究成果的意義不僅局限于光學領(lǐng)域。其背后的物理原理在聲學等波動領(lǐng)域同樣具有適用性，有望推動跨學科研究的發(fā)展，激發(fā)更多創(chuàng)新應(yīng)用的出現(xiàn)。

    四、研究展望：持續(xù)優(yōu)化與拓展
    盡管目前該實驗裝置已經(jīng)取得了令人矚目的成果，但研究團隊也明確指出，其仍存在一定的改進空間。在未來的研究中，通過進一步優(yōu)化裝置的結(jié)構(gòu)和材料，有望進一步提高其性能，如提升吸收和反射效率、拓展工作頻段等。同時，隨著研究的深入，該技術(shù)在實際應(yīng)用中的可行性和穩(wěn)定性也將得到更充分的驗證，為其大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用奠定堅實的基礎(chǔ)。
    此次光學“黑白洞”器件的成功研制，是光學領(lǐng)域的一項重要突破。它不僅為光的調(diào)控提供了新的方法和手段，也為多個相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展帶來了新的機遇。相信在科研人員的持續(xù)努力下，這一成果將在未來發(fā)揮更大的作用，推動科學技術(shù)的不斷進步。