声子晶体的基本原理与应用 [Phononic Crystals Fundamentals and Applications] epub pdf mobi txt 电子书 下载 2024

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内容简介

　　《声子晶体的基本原理与应用》的目的是从材料、装置和应用等角度为读者详尽地综述声子晶体领域的研究现状，并为准备介入这一领域的研究者们提供必要的研究工具。为实现这一目标，该书涵盖了声子晶体设计与实验中所用到的各种仿真手段、制备过程和描述方法等内容，无论是本领域的成熟研究人员还是新手都能轻松地理解和掌握。此外，该书还对近期声子晶体领域出现的一些非常重要的研究进展做了介绍。
　　撰写该书的想法最初萌发于2009年的夏天，那时我们联合主办了第一届国际光子晶体研讨会（Nice，法国，2009），会议过程中人们认识到有必要为声子晶体领域撰写一本包罗万象的参考书，因此，会议之后，我们花了相当长的时间调查了声子晶体研究者们的需求，以此为依据形成了该书的内容框架，进而邀请了多位专家分别执笔撰写了相应的章节内容。
　　该书各章的作者在其所在的研究领域中都是世界一流的，他们不仅具有多年的丰富研究经验，而且指导了众多的年轻科学家和工程师，我们相信由他们撰写的这该书一定能为感兴趣的读者们提供声子晶体领域的深入的知识和经验。当然，该书也可以作为力学或电子工程等学科研究生课程的教学材料。

内页插图

目录

第1章 声子晶体的声学特性介绍及低频匀质化
1．1 引言
1．2 匀质化：准静态极限和平面波方法
1．2．1 一维周期性
1．2．2 二维周期性
1．2．3 三维周期性
1．3 匀质化：多散射方法
1．3．1 混合晶格的匀质化
1．3．2 带局域共振的介质的匀质化
致谢
参考文献

第2章 声子晶体的基本特性
2．1 声子晶体概念及其能带结构
2．2 二维声子晶体的色散曲线和带隙
2．2．1 带隙的形成：布拉格机理和局域共振机理
2．2．2 几何和物理参数对带隙特性的影响
2．2．3 固一固型声子晶体
2．2．4 固一流型声子晶体
2．2．5 流一流型声子晶体
2．2．6 局域共振声子晶体
2．3 缺陷导致的局域模式
2．3．1 导向
2．3．2 滤波
2．3．3 多路分解
2．3．4 可调性
2．4 结束语
参考文献

第3章 三维声子晶体
3．1 引言
3．2 声子晶格
3．2．1 多重散射和层多重散射方法
3．2．2 全方向带隙、衰减与隧穿
3．2．3 新一代三维声子结构
3．3 非理想声子结构：从周期到失谐
3．3．1 分层非严格周期异质结构
3．3．2 线缺陷
3．4 多组分三维声子晶体——局域共振和声学超材料
3．4．1 局域共振声子晶体
3．4．2 声学超材料
参考文献

第4章 声子晶体的计算分析及其数值方法
4．1 波传播的基本方程
4．1．1 固体介质中的方程
4．1．2 流体介质中的方程
4．1．3 材料损耗的影响
4．2 声子晶体的计算问题
4．2．1 不同边界几何所对应的问题类型
4．2．2 -些典型的问题
4．3 多散射理论和层多散射方法
4．4 平面波展开法
4．4．1 利用平面波展开法计算能带结构
4．4．2 声子晶体中的凋落波
4．5 有限元方法
4．6 有限时域差分法
4．6．1 边界条件
4．6．2 色散关系的计算
4．6．3 透射谱计算
4．7 结束语
参考文献

第5章 声子晶体板
5．1 引言
5．1．1 声子晶体板结构的研究历史
5．1．2 声子晶体结构中的泄漏声表面波问题
5．2 声子晶体板结构
5．2．1 具有不同几何特点的声子晶体板
5．2．2 内嵌式的声子晶体板
5．2．3 附着有短柱的声子晶体板
5．2．4 声子晶体板结构的实例
5．3 声子晶体板的分析方法
5．3．1 用于声子晶体板的FDTD法
5．3．2 用于分析声子晶体板的PWE方法
5．3．3 用于声子晶体板分析的FE方法
5．3．4 声子晶体板的其他重要分析方法
5．4 声子晶体板结构的制备和测试
5．5 案例分析：散射体为空腔的声子晶体板
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
5．5．2 硅声子晶体板结构的制备
5．6 声子晶体板装置及其带隙设计
5．6．1 声子晶体板中的微机械共振结构对能量的束缚
5．6．2 利用声子晶体带隙抑制微机械共振器的支撑损耗
5．6．3 声子晶体板波导
5．6．4 基于波导的高Q值声子晶体共振器
5．7 声子晶体板结构的发展趋势和前景
5．7．1 色散的声子晶体板结构
5．7．2 光机型晶体板
5．7．3 声子晶体板中的热声子控制
参考文献

第6章 声子晶体中的表面波
6．1 引言
6．2 理论方法
6．2．1 PWE法
6．2．2 时域有限差分法
6．3 声子晶体中的表面波
6．3．1 频率能带结构
6．3．2 带隙和表面波特性
6．3．3 Bleustein-Gulyaev波
6．4 声子晶体表面波波导
……
第7章 时域中声子晶体的光学测试
第8章 频域中声子晶体的光学测试
第9章 声子晶体和声学超材料展望

前言/序言

　　声子晶体是一类新颖的周期合成材料，可以用于操控弹性波与声波的传播。周期性赋予了声子晶体丰富的新特性，这些特性在自然界中往往是找不到的，例如，声子晶体能够展现出声学（或声子）带隙，这些频带内的声波在传播过程中将会受到显著的抑制；通过在理想的声子晶体中引入不同类型的缺陷，人们还能够设计出各种波导结构，从而在上述带隙内对声波的传输做进一步调控；此外，声子晶体还可用于一些极为紧凑的结构，为之提供多种新功能。
　　人们普遍预期，不久的将来声子晶体将在大量应用领域中得到充分的重视，例如无线通信、传感、声信号处理以及超声成像等。利用声子晶体人们可以制备出很多具有优良性能的新设备或新仪器，如声学滤波器、声学共振器、声源和声透镜等，在此基础上，还可以进一步构造出声学超材料，从而表现出多种全新的物理现象，如负折射、声隐身以及超透镜等，一般而言，这些现象或效应是传统声学材料所不具备的。
　　虽然声子晶体和声学超材料的研究还处于初期阶段，但是它们的光学类似物——光子晶体——却早已为人们所熟知了，特别是光子晶体具有很多无法借助传统材料来获得的独特性质这一点。在过去的10年中，光子晶体已经得到了非常广泛的研究，并且出现了多本优秀的著作，其中对光子晶体特性与应用等方面内容做了透彻的介绍。与此相对应的是，声子晶体的研究还处在起步阶段，人们也是近些年才对这一领域开始关注的，不过，应当指出的是，这一领域正在迅猛发展中。
　　本书的目的是从材料、装置和应用等角度为读者详尽地综述声子晶体领域的研究现状，并为准备介入这一领域的研究者们提供必要的研究工具。为实现这一目标，本书涵盖了声子晶体设计与实验中所用到的各种仿真手段、制备过程和描述方法等内容，无论是本领域的成熟研究人员还是新手都能轻松地理解和掌握。此外，本书还对近期声子晶体领域出现的一些非常重要的研究进展做了介绍。
　　撰写本书的想法最初萌发于2009年的夏天，那时我们联合主办了第一届国际光子晶体研讨会（Nice，法国，2009），会议过程中人们认识到有必要为声子晶体领域撰写一本包罗万象的参考书，因此，会议之后，我们花了相当长的时间调查了声子晶体研究者们的需求，以此为依据形成了本书的内容框架，进而邀请了多位专家分别执笔撰写了相应的章节内容。
　　本书各章的作者在其所在的研究领域中都是世界一流的，他们不仅具有多年的丰富研究经验，而且指导了众多的年轻科学家和工程师，我们相信由他们撰写的这本书一定能为感兴趣的读者们提供声子晶体领域的深入的知识和经验。当然，本书也可以作为力学或电子工程等学科研究生课程的教学材料。
　　最后，我们想感谢所有帮助我们撰写本书的人们，他们的讨论、撰写和审查等工作都是本书成型所不可或缺的。我们还要感谢众多的研究人员（学生、博士后、教授和技术团队成员们），因为本书的很多内容都是他们的研究成果。此外，还要特别感谢AliA.Eftekhar博士，他为本书的构思和框架安排等工作提供了大量的指导和建议。

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