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第1章 声子晶体的声学特性介绍及低频匀质化1

1.1 引言1

1.2 匀质化：准静态极限和平面波方法3

1.2.1 一维周期性4

1.2.2 二维周期性5

1.2.3 三维周期性7

1.3 匀质化：多散射方法10

1.3.1 混合晶格的匀质化14

1.3.2 带局域共振的介质的匀质化16

致谢16

参考文献17

第2章 声子晶体的基本特性20

2.1 声子晶体概念及其能带结构20

2.2 二维声子晶体的色散曲线和带隙22

2.2.1 带隙的形成：布拉格机理和局域共振机理22

2.2.2 几何和物理参数对带隙特性的影响22

2.2.3 固-固型声子晶体23

2.2.4 固-流型声子晶体26

2.2.5 流-流型声子晶体28

2.2.6 局域共振声子晶体30

2.3 缺陷导致的局域模式32

2.3.1 导向32

2.3.2 滤波33

2.3.3 多路分解34

2.3.4 可调性35

2.4 结束语38

参考文献39

第3章 三维声子晶体45

3.1 引言45

3.2 声子晶格47

3.2.1 多重散射和层多重散射方法47

3.2.2 全方向带隙、衰减与隧穿50

3.2.3 新一代三维声子结构52

3.3 非理想声子结构：从周期到失谐54

3.3.1 分层非严格周期异质结构54

3.3.2 线缺陷59

3.4 多组分三维声子晶体——局域共振和声学超材料64

3.4.1 局域共振声子晶体64

3.4.2 声学超材料68

参考文献71

第4章 声子晶体的计算分析及其数值方法75

4.1 波传播的基本方程75

4.1.1 固体介质中的方程75

4.1.2 流体介质中的方程76

4.1.3 材料损耗的影响78

4.2 声子晶体的计算问题78

4.2.1 不同边界几何所对应的问题类型78

4.2.2 一些典型的问题79

4.3 多散射理论和层多散射方法80

4.4 平面波展开法81

4.4.1 利用平面波展开法计算能带结构82

4.4.2 声子晶体中的凋落波83

4.5 有限元方法84

4.6 有限时域差分法87

4.6.1 边界条件89

4.6.2 色散关系的计算89

4.6.3 透射谱计算90

4.7 结束语92

参考文献92

第5章 声子晶体板94

5.1 引言94

5.1.1 声子晶体板结构的研究历史94

5.1.2 声子晶体结构中的泄漏声表面波问题95

5.2 声子晶体板结构97

5.2.1 具有不同几何特点的声子晶体板97

5.2.2 内嵌式的声子晶体板97

5.2.3 附着有短柱的声子晶体板98

5.2.4 声子晶体板结构的实例98

5.3 声子晶体板的分析方法99

5.3.1 用于声子晶体板的FDTD法99

5.3.2 用于分析声子晶体板的PWE方法101

5.3.3 用于声子晶体板分析的FE方法102

5.3.4 声子晶体板的其他重要分析方法103

5.4 声子晶体板结构的制备和测试104

5.5 案例分析：散射体为空腔的声子晶体板105

5.5.1 具有高频完全声子带隙的空腔／硅声子晶体板的结构设计105

5.5.2 硅声子晶体板结构的制备108

5.6 声子晶体板装置及其带隙设计109

5.6.1 声子晶体板中的微机械共振结构对能量的束缚110

5.6.2 利用声子晶体带隙抑制微机械共振器的支撑损耗111

5.6.3 声子晶体板波导113

5.6.4 基于波导的高Q值声子晶体共振器115

5.7 声子晶体板结构的发展趋势和前景117

5.7.1 色散的声子晶体板结构117

5.7.2 光机型晶体板117

5.7.3 声子晶体板中的热声子控制118

参考文献118

第6章 声子晶体中的表面波122

6.1 引言122

6.2 理论方法124

6.2.1 PWE法124

6.2.2 时域有限差分法126

6.3 声子晶体中的表面波128

6.3.1 频率能带结构128

6.3.2 带隙和表面波特性129

6.3.3 Bleustein-Gulyaev波132

6.4 声子晶体表面波波导138

6.4.1 钢／树脂声子晶体的完全带隙138

6.4.2 声子晶体波导中的表面波141

6.5 表面波带隙的实验145

6.5.1 硅基声子晶体中的表面波带隙145

6.5.2 压电声子晶体147

6.6 表面波带隙在表面波装置中的应用152

6.6.1 基于声子晶体的表面波反射格栅152

6.6.2 表面波共振器154

6.7 结束语156

参考文献157

第7章 时域中声子晶体的光学测试161

7.1 引言161

7.2 时域中激光扫描干涉的实验设置161

7.2.1 光学泵浦探测技术162

7.2.2 干涉仪163

7.2.3 扫描系统166

7.3 在声子晶体中的应用167

7.3.1 从时间分辨数据到声学色散关系167

7.3.2 一维声子晶体169

7.3.3 二维声子晶体173

7.3.4 总结：能力和限制177

7.4 结束语178

参考文献179

第8章 频域中声子晶体的光学测试181

8.1 引言181

8.2 频域中的激光扫描干涉法182

8.2.1 零差检测183

8.2.2 外差检测184

8.3 激光扫描干涉仪的能力和缺陷186

8.4 在声子晶体中的应用187

8.4.1 微结构化声学超材料中的表面声波188

8.4.2 声学超材料中的体声波192

8.5 结束语198

参考文献199

第9章 声子晶体和声学超材料展望201

9.1 引言201

9.1.1 利用声子晶体设计定时元件201

9.1.2 通信信号处理功能201

9.1.3 声子晶体传感器201

9.1.4 负折射与超透镜202

9.1.5 光-机声子晶体202

9.1.6 利用声子晶体进行液体操控202

9.1.7 声子晶体中的非线性效应203

9.1.8 利用声子晶体进行能量采集203

9.1.9 利用声子晶体进行热声子控制203

9.1.10 噪声控制和隔音203

9.1.11 声子（声学或热学）二极管和晶体管204

9.1.12 环境影响的消除204

9.1.13 声学超材料与声子晶体的区别204

9.2 结束语204

参考文献205