聲子晶體基礎(chǔ)與應(yīng)用

Abdelkrim+Khelif

聲子晶體是一種具有周期性結(jié)構(gòu)的超構(gòu)材料，它可以調(diào)控彈性波（聲波）在固體中的傳播，并擁有諸如聲子禁帶、缺陷態(tài)調(diào)控、負(fù)折射、完美透鏡等許多新奇的物理特性。它在無(wú)線通信、傳感器、聲信號(hào)傳播與超聲成像等領(lǐng)域有非常廣闊的利用空間，聲波導(dǎo)與聲空腔等物理器件也已經(jīng)制備成功。與已成功發(fā)展了幾十年的光子晶體不同，聲子晶體的研究興起于最近十年，可以說(shuō)是一個(gè)方興未艾的領(lǐng)域。本書的寫作目的就是全面綜述聲子晶體領(lǐng)域最新的研究進(jìn)展，包括理論、器件與實(shí)際應(yīng)用。內(nèi)容涵蓋了材料模擬、制備、表征等多個(gè)方向，為今后的聲子晶體研究提供有益的指導(dǎo)。

全書共9章：1.聲子晶體的基本概念。從理論上解釋了一維、二維和三維聲子晶體的特征；2.聲子晶體的基本性能。以二維材料為例，介紹了固體和液態(tài)兩種物態(tài)中的聲子晶體特性，并簡(jiǎn)單敘述了缺陷對(duì)聲波傳播的調(diào)控；3.三維聲子晶體。主要包括三維聲子晶體的聲學(xué)結(jié)構(gòu)與無(wú)序響應(yīng)；4.聲子晶體的計(jì)算機(jī)模擬與數(shù)值分析方法。本章首先介紹固體和液體中聲波的傳播方程，然后是數(shù)值模擬的MST和LMST方法、有限元方法、有限時(shí)域差分方法和邊界條件的選擇，最終得到色散關(guān)系和透射光譜；5.聲子晶體膜（Membrane）的特性，包括聲子晶體板（Slab）和聲子晶體片（Plate）；6.聲子晶體中的表面聲波，從理論和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)角度分析了聲波傳播特性；7.時(shí)域中的聲子晶體光學(xué)性質(zhì)表征，主要是掃描激光干涉儀測(cè)試方法和其實(shí)際應(yīng)用；8.頻域中的聲子晶體光學(xué)性質(zhì)表征，作為對(duì)時(shí)域中性質(zhì)表征的補(bǔ)充；9.聲子晶體與聲學(xué)超構(gòu)材料的展望。

盡管人類對(duì)聲音的研究要比對(duì)光的研究早好久，但是聲子晶體的研究卻比光子晶體的研究滯后了不少。第一個(gè)嚴(yán)格意義上的聲子晶體直到1998年才被報(bào)道。目前國(guó)內(nèi)從事這一領(lǐng)域的研究團(tuán)隊(duì)主要分布在南京大學(xué)聲學(xué)所和中科院聲學(xué)所，尤其是南京大學(xué)的程建春教授長(zhǎng)期從事聲學(xué)超構(gòu)材料的研究，近期取得了很多優(yōu)異的成果。本書面對(duì)的讀者主要是從事聲子晶體研究的教師和研究生，讀者將從該書中學(xué)習(xí)到許多聲子晶體領(lǐng)域的理論和實(shí)踐研究成果，獲得更多的科研靈感，為聲子晶體的發(fā)展提供更多的科研儲(chǔ)備。

梁飛，博士研究生

中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所