声子晶体基础与应用

Abdelkrim+Khelif

声子晶体是一种具有周期性结构的超构材料，它可以调控弹性波（声波）在固体中的传播，并拥有诸如声子禁带、缺陷态调控、负折射、完美透镜等许多新奇的物理特性。它在无线通信、传感器、声信号传播与超声成像等领域有非常广阔的利用空间，声波导与声空腔等物理器件也已经制备成功。与已成功发展了几十年的光子晶体不同，声子晶体的研究兴起于最近十年，可以说是一个方兴未艾的领域。本书的写作目的就是全面综述声子晶体领域最新的研究进展，包括理论、器件与实际应用。内容涵盖了材料模拟、制备、表征等多个方向，为今后的声子晶体研究提供有益的指导。

全书共9章：1.声子晶体的基本概念。从理论上解释了一维、二维和三维声子晶体的特征；2.声子晶体的基本性能。以二维材料為例，介绍了固体和液态两种物态中的声子晶体特性，并简单叙述了缺陷对声波传播的调控；3.三维声子晶体。主要包括三维声子晶体的声学结构与无序响应；4.声子晶体的计算机模拟与数值分析方法。本章首先介绍固体和液体中声波的传播方程，然后是数值模拟的MST和LMST方法、有限元方法、有限时域差分方法和边界条件的选择，最终得到色散关系和透射光谱；5.声子晶体膜（Membrane）的特性，包括声子晶体板（Slab）和声子晶体片（Plate）；6.声子晶体中的表面声波，从理论和实验两个角度分析了声波传播特性；7.时域中的声子晶体光学性质表征，主要是扫描激光干涉仪测试方法和其实际应用；8.频域中的声子晶体光学性质表征，作为对时域中性质表征的补充；9.声子晶体与声学超构材料的展望。

尽管人类对声音的研究要比对光的研究早好久，但是声子晶体的研究却比光子晶体的研究滞后了不少。第一个严格意义上的声子晶体直到1998年才被报道。目前国内从事这一领域的研究团队主要分布在南京大学声学所和中科院声学所，尤其是南京大学的程建春教授长期从事声学超构材料的研究，近期取得了很多优异的成果。本书面对的读者主要是从事声子晶体研究的教师和研究生，读者将从该书中学习到许多声子晶体领域的理论和实践研究成果，获得更多的科研灵感，为声子晶体的发展提供更多的科研储备。

梁飞，博士研究生

中国科学院理化技术研究所