声子晶体的基本原理与应用 [Phononic Crystals Fundamentals and Applications] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

[法] Abdelkrin，Khelif，[美] Ali，Adibi 著，舒海生，郑金兴，赵磊，史肖娜，牟迪 译

图书标签:

• 声子晶体
• 声学材料
• 材料科学
• 物理学
• 振动
• 波传播
• 纳米结构
• 超材料
• 声学器件
• 工程学

出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118114478

版次：1

商品编码：12367680

包装：精装

外文名称：Phononic Crystals Fundamentals and Applications

开本：16开

出版时间：2018-03-01

用纸：胶版纸

页数：206

字数：245000

正文语种：中文

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。

好的，这是一本关于非线性光学材料、等离子体激元物理以及拓扑材料的综合性书籍的简介： 书名： 《非线性光子学、表面等离子体激元与拓扑光子学：前沿理论与器件实现》 内容简介： 本书深入探讨了当代光子学领域三个前沿且相互关联的分支：非线性光学材料、表面等离子体激元（Plasmonics）以及拓扑光子学。全书旨在为读者提供从基本物理原理到实际器件设计的全面视角，特别强调跨学科交叉带来的新兴功能与应用潜力。 第一部分：非线性光学材料的机制与调控 本部分聚焦于光与物质相互作用中产生的非线性效应，这是实现光信号处理、频率转换和光功率控制的核心。我们首先从经典电磁理论和量子力学角度阐述了二阶和三阶非线性响应的微观机制，如二次谐波产生（SHG）、倍频（SFG）和克尔效应。 重点内容包括： 1. 材料选择与结构设计： 详细分析了周期性极化铌酸锂（PPLN）、新型半导体量子阱结构以及掺杂玻璃中的非线性特性。讨论了如何通过控制材料的晶体结构、掺杂浓度和光场强度来优化非线性耦合效率。 2. 非线性波导与超连续谱： 深入探讨了光纤和集成光波导中非线性效应的尺度效应。对于亚波长尺度的光子晶体波导，分析了慢光区域和高非线性系数的协同作用如何大幅增强非线性相互作用，从而实现低阈值的频率梳生成和超连续谱（Supercontinuum Generation）的产生。 3. 光场整形与时间压缩： 介绍了利用非线性色散控制（如自相位调制，SPM）实现超快脉冲的展宽与压缩技术。讨论了如何设计具有特定群速度色散（GVD）曲线的介质，以精确控制超快光脉冲的时域形状，这在飞秒激光技术和高分辨率光谱学中至关重要。 第二部分：表面等离子体激元的操控与应用 本部分转向研究在金属/介质界面上存在的、受约束的电磁场振荡——表面等离子体激元（SPPs）。SPPs 能够突破传统光学衍射极限，实现对光的亚波长尺度约束和传输，是纳米光子学和光电集成领域的热点。 核心章节涵盖： 1. SPP的产生与模式分析： 阐述了通过 Kretschmann 或 Otto 配置激发局域表面等离子体共振（LSPR）和表面等离子体极化激元（SPPs）的原理。采用有限元方法（FEM）和时域有限差分法（FDTD）对不同几何形状（纳米颗粒、纳米线、脊状结构）的 SPP 模式进行数值模拟和分析，重点关注场增强效应的强度与衰减长度。 2. 等离子体波导与器件： 探讨了如何利用金属纳米结构构建等离子体波导（如 V 型槽、导波管）来实现光信号的无损或低损耗传输。讨论了导波损耗的主要来源——欧姆损耗，以及如何通过引入介质填充层或使用高品质因子结构（如光子晶体耦合的等离子体结构）来缓解。 3. 传感与生物成像： 详细介绍了基于 LSPR 的高灵敏度化学和生物传感原理。通过分析结构共振频率对周围介质折射率变化的敏感性，展示了等离子体传感器在分子检测和实时细胞成像中的优势。同时，也讨论了如何利用金属纳米天线阵列实现光束的完美吸收和聚焦。 第三部分：拓扑光子学中的守恒律与边界效应 本部分是本书的理论高地，引入了凝聚态物理中的拓扑概念到光子系统中，以期获得对光流动的鲁棒性控制。 关键内容包括： 1. 拓扑不变量与能带理论： 借鉴电子系统的贝里相位（Berry Phase）概念，建立了光子晶体和超材料中的拓扑不变量（如 Chern 数）。详细推导了能带反转的条件，并展示了如何通过结构对称性的破缺来调控光子带隙的拓扑性质。 2. 边缘态的非互易传输： 深入分析了拓扑绝缘体光子晶体（TCI）和拓扑声子晶体（TPC）的边缘态特性。重点解释了磁场（或等效的有效磁场）如何诱导光流的单向传输，使得光子流在结构缺陷或边界处具有对散射源（如杂质或弯曲）的极强抵抗力。 3. 应用：无损波导与环形谐振器： 展示了如何设计基于拓扑边缘态的波导结构，实现弯曲半径远小于波长的无损传输。此外，还介绍了利用拓扑保护的耦合腔系统构建高品质因子（Q 值）的拓扑环形谐振器，这类器件在低噪声激光器和量子光子学中具有巨大潜力。 总结： 本书结构严谨，理论深度足够，同时密切关注实验验证和工程实现。它不仅仅是各个领域的独立综述，更致力于揭示非线性、等离子体和拓扑物理在集成光子器件设计中的相互促进作用，为从事先进光学材料、微纳光子学和量子信息处理的研究人员和工程师提供了一份重要的参考资料。通过对这三大前沿领域的综合学习，读者将能够掌握设计下一代光电子系统所需的核心物理工具和设计方法。

评分☆☆☆☆☆

这本《声子晶体的基本原理与应用》听名字就觉得很高大上，我之前对声子晶体几乎没什么概念，只知道好像和声波、晶体有关，大概率是那种需要一定物理学基础才能看懂的书。拿到书后，我翻了翻目录，里面涉及了布里渊区、能带结构、幺正变换等等，这些词汇对我来说就像是天书一样，感觉我的物理知识停留在高中甚至初中阶段，读这本书的门槛实在太高了。我猜这本书里会详细讲解声子晶体的理论构建，比如如何通过周期性结构来调控声波的传播，会用大量的数学公式和物理模型来证明这些现象，甚至可能还会涉及一些量子力学的概念，用来解释微观层面的声子行为。对于一个想入门了解声子晶体基本概念的读者来说，这本书可能显得过于专业和晦涩，与其说是科普读物，不如说是专业教材。我尝试着读了几页，但很快就被公式和专业术语淹没了，感觉大脑一片空白，不得不暂时放下。或许需要先去恶补一些固态物理和量子力学的知识，才能真正领略到这本书的精髓。当然，对于有志于深入研究声子晶体领域的科研人员或者高年级学生来说，这本书的价值可能就非常大了，因为它提供了坚实的理论基础和深入的分析，能够帮助他们理解和掌握前沿的声子学知识。

评分☆☆☆☆☆

最近正好对一些新兴的材料科学领域感到好奇，于是偶然间看到了《声子晶体的基本原理与应用》这本书，虽然书名听起来很专业，但总想着去了解一下这个“声子晶体”到底是个什么东西，它在实际生活中又有什么用武之地。拿到书后，我的第一感觉是它的内容可能相当硬核，里面的插图和图表大概率会非常密集，用来展示复杂的声子晶体结构和声波传播的模拟结果。我尤其对书中会介绍的“声子带隙”的概念很感兴趣，听起来就像是声波的“禁区”，不知道它到底是如何形成的，以及有什么特别的意义。书中可能会详细解释如何通过改变晶格的尺寸、形状、材料属性等，来精确调控这个声子带隙的大小和位置，从而实现对声波传播的有效控制。我猜测，它还会深入探讨声子晶体在声学超材料、隔振降噪、能量收集等方面的应用实例，可能会列举一些具体的器件设计和实验验证，让我们看到理论如何转化为实际技术。对于我这样一个对前沿科技有浓厚兴趣但专业背景不深厚的读者来说，这本书虽然内容深度可能超出了我的预期，但它无疑提供了一个深入了解声子晶体世界的窗口，让我得以窥见这个领域的研究现状和未来发展趋势。

评分☆☆☆☆☆

作为一个对声音的物理本质和传播机制抱有强烈好奇心的人，偶然间邂逅《声子晶体的基本原理与应用》这本书，确实让我眼前一亮。书名就暗示着其内容将深入探索声子晶体这一具有独特声学特性的材料。我预想书中会详细阐述声子晶体的基本构成原理，例如如何通过周期性的排列和改变介质的属性来形成人工设计的结构，从而对声波的传播产生显著的影响。书中很可能包含大量的理论推导，解释声波在这些周期结构中是如何被散射、衍射，并最终形成所谓的“声子带隙”的。我猜测，作者会通过深入浅出的方式，带领读者一步步理解声子晶体的能带理论，以及它与电子在固体中的能带理论的异同之处。此外，书中也必定会花费笔墨介绍声子晶体在实际应用中的潜力，比如在声学滤波、隔振降噪、声学传感、甚至能量收集等领域，可能会列举一些具体的工程实例和研究进展，展现声子晶体技术如何为解决现实问题提供新的思路和解决方案。对于我来说，这本书无疑提供了一个深入了解这个复杂而迷人的声学世界的绝佳机会。

评分☆☆☆☆☆

我对《声子晶体的基本原理与应用》这本书的初印象，主要来自于它所涵盖的领域——声子晶体。这听起来是一个相当专业且具有前瞻性的研究方向，很可能涉及到复杂的物理学和材料科学知识。我猜测，这本书会首先从声子晶体的基本概念入手，详细介绍其物理结构，比如周期性的排列方式、单元结构的设计等，然后深入讲解这些结构如何影响声波的传播，特别是“声子带隙”的形成机制，以及如何通过调整结构参数来精确控制声波的传输。书中很可能会引入大量的数学模型和理论分析，来解释声子在晶格中的行为，并可能涉及一些与量子力学相关的概念。对于我而言，这本书最大的吸引力在于它对于“应用”的探讨，我期待书中能够展示声子晶体在各个领域的实际应用案例，比如在通信、传感、医疗、能源等领域，它能否带来颠覆性的技术革新，或者解决当前技术瓶颈。我设想，书中会提供一些具体的工程设计思路，甚至可能包含一些仿真结果和实验数据，来证明声子晶体的可行性和优越性。这本书的阅读门槛可能对我这个非专业人士来说并不低，但它提供的知识深度和广度，无疑能满足我对声子晶体这一新兴领域的好奇心。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我拿到《声子晶体的基本原理与应用》这本书的时候，心里是有点打退堂鼓的。我本身不是物理学专业的，对“声子”这个概念的理解仅限于它是一种传递能量的准粒子，但具体到“声子晶体”，就完全摸不着头脑了。这本书的封面设计就透露着一股严谨的气息，感觉里面的内容会非常学术化，可能充满了复杂的数学推导和物理模型。我猜想，它会从声子晶体的基本结构出发，详细讲解如何通过人工设计的周期性结构来影响声波的传播，比如如何形成声子带隙，以及这些带隙的特性如何与周期结构的参数相关联。书中可能会详细介绍各种不同类型的声子晶体，比如一维、二维和三维的，以及它们在不同应用场景下的设计思路。更让我好奇的是，书中大概率会深入探讨声子晶体在声学器件，如滤波器、谐振器、导波器等方面的应用，甚至可能还会涉及一些比较前沿的领域，比如热电转换、量子信息等。对于我这样一个想要对这个领域有一个大概了解的读者来说，这本书的内容深度和专业性可能是我需要面对的主要挑战，我需要付出更多的时间和精力去理解其中的概念和原理，才能真正从这本书中获益。