聲子晶體基礎與應用

Abdelkrim+Khelif

聲子晶體是一種具有周期性結構的超構材料，它可以調控彈性波（聲波）在固體中的傳播，并擁有諸如聲子禁帶、缺陷態調控、負折射、完美透鏡等許多新奇的物理特性。它在無線通信、傳感器、聲信號傳播與超聲成像等領域有非常廣闊的利用空間，聲波導與聲空腔等物理器件也已經制備成功。與已成功發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，可以說是一個方興未艾的領域。本書的寫作目的就是全面綜述聲子晶體領域最新的研究進展，包括理論、器件與實際應用。內容涵蓋了材料模擬、制備、表征等多個方向，為今后的聲子晶體研究提供有益的指導。

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，介紹了固體和液態兩種物態中的聲子晶體特性，并簡單敘述了缺陷對聲波傳播的調控；3.三維聲子晶體。主要包括三維聲子晶體的聲學結構與無序響應；4.聲子晶體的計算機模擬與數值分析方法。本章首先介紹固體和液體中聲波的傳播方程，然后是數值模擬的MST和LMST方法、有限元方法、有限時域差分方法和邊界條件的選擇，最終得到色散關系和透射光譜；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，從理論和實驗兩個角度分析了聲波傳播特性；7.時域中的聲子晶體光學性質表征，主要是掃描激光干涉儀測試方法和其實際應用；8.頻域中的聲子晶體光學性質表征，作為對時域中性質表征的補充；9.聲子晶體與聲學超構材料的展望。

盡管人類對聲音的研究要比對光的研究早好久，但是聲子晶體的研究卻比光子晶體的研究滯后了不少。第一個嚴格意義上的聲子晶體直到1998年才被報道。目前國內從事這一領域的研究團隊主要分布在南京大學聲學所和中科院聲學所，尤其是南京大學的程建春教授長期從事聲學超構材料的研究，近期取得了很多優異的成果。本書面對的讀者主要是從事聲子晶體研究的教師和研究生，讀者將從該書中學習到許多聲子晶體領域的理論和實踐研究成果，獲得更多的科研靈感，為聲子晶體的發展提供更多的科研儲備。

梁飛，博士研究生

中國科學院理化技術研究所