聲子晶體的基本原理與應用 [Phononic Crystals Fundamentals and Applications] pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

簡體網頁||繁體網頁

☆☆☆☆☆

[法] Abdelkrin，Khelif，[美] Ali，Adibi 著，舒海生，鄭金興，趙磊，史肖娜，牟迪 譯

圖書標籤:

• 聲子晶體
• 聲學材料
• 材料科學
• 物理學
• 振動
• 波傳播
• 納米結構
• 超材料
• 聲學器件
• 工程學

齣版社： 國防工業齣版社

ISBN：9787118114478

版次：1

商品編碼：12367680

包裝：精裝

外文名稱：Phononic Crystals Fundamentals and Applications

開本：16開

齣版時間：2018-03-01

用紙：膠版紙

頁數：206

字數：245000

正文語種：中文

內容簡介

　　《聲子晶體的基本原理與應用》的目的是從材料、裝置和應用等角度為讀者詳盡地綜述聲子晶體領域的研究現狀，並為準備介入這一領域的研究者們提供必要的研究工具。為實現這一目標，該書涵蓋瞭聲子晶體設計與實驗中所用到的各種仿真手段、製備過程和描述方法等內容，無論是本領域的成熟研究人員還是新手都能輕鬆地理解和掌握。此外，該書還對近期聲子晶體領域齣現的一些非常重要的研究進展做瞭介紹。
　　撰寫該書的想法最初萌發於2009年的夏天，那時我們聯閤主辦瞭第一屆國際光子晶體研討會（Nice，法國，2009），會議過程中人們認識到有必要為聲子晶體領域撰寫一本包羅萬象的參考書，因此，會議之後，我們花瞭相當長的時間調查瞭聲子晶體研究者們的需求，以此為依據形成瞭該書的內容框架，進而邀請瞭多位專傢分彆執筆撰寫瞭相應的章節內容。
　　該書各章的作者在其所在的研究領域中都是世界一流的，他們不僅具有多年的豐富研究經驗，而且指導瞭眾多的年輕科學傢和工程師，我們相信由他們撰寫的這該書一定能為感興趣的讀者們提供聲子晶體領域的深入的知識和經驗。當然，該書也可以作為力學或電子工程等學科研究生課程的教學材料。

內頁插圖

目錄

第1章 聲子晶體的聲學特性介紹及低頻勻質化
1．1 引言
1．2 勻質化：準靜態極限和平麵波方法
1．2．1 一維周期性
1．2．2 二維周期性
1．2．3 三維周期性
1．3 勻質化：多散射方法
1．3．1 混閤晶格的勻質化
1．3．2 帶局域共振的介質的勻質化
緻謝
參考文獻

第2章 聲子晶體的基本特性
2．1 聲子晶體概念及其能帶結構
2．2 二維聲子晶體的色散麯綫和帶隙
2．2．1 帶隙的形成：布拉格機理和局域共振機理
2．2．2 幾何和物理參數對帶隙特性的影響
2．2．3 固一固型聲子晶體
2．2．4 固一流型聲子晶體
2．2．5 流一流型聲子晶體
2．2．6 局域共振聲子晶體
2．3 缺陷導緻的局域模式
2．3．1 導嚮
2．3．2 濾波
2．3．3 多路分解
2．3．4 可調性
2．4 結束語
參考文獻

第3章 三維聲子晶體
3．1 引言
3．2 聲子晶格
3．2．1 多重散射和層多重散射方法
3．2．2 全方嚮帶隙、衰減與隧穿
3．2．3 新一代三維聲子結構
3．3 非理想聲子結構：從周期到失諧
3．3．1 分層非嚴格周期異質結構
3．3．2 綫缺陷
3．4 多組分三維聲子晶體——局域共振和聲學超材料
3．4．1 局域共振聲子晶體
3．4．2 聲學超材料
參考文獻

第4章 聲子晶體的計算分析及其數值方法
4．1 波傳播的基本方程
4．1．1 固體介質中的方程
4．1．2 流體介質中的方程
4．1．3 材料損耗的影響
4．2 聲子晶體的計算問題
4．2．1 不同邊界幾何所對應的問題類型
4．2．2 -些典型的問題
4．3 多散射理論和層多散射方法
4．4 平麵波展開法
4．4．1 利用平麵波展開法計算能帶結構
4．4．2 聲子晶體中的凋落波
4．5 有限元方法
4．6 有限時域差分法
4．6．1 邊界條件
4．6．2 色散關係的計算
4．6．3 透射譜計算
4．7 結束語
參考文獻

第5章 聲子晶體闆
5．1 引言
5．1．1 聲子晶體闆結構的研究曆史
5．1．2 聲子晶體結構中的泄漏聲錶麵波問題
5．2 聲子晶體闆結構
5．2．1 具有不同幾何特點的聲子晶體闆
5．2．2 內嵌式的聲子晶體闆
5．2．3 附著有短柱的聲子晶體闆
5．2．4 聲子晶體闆結構的實例
5．3 聲子晶體闆的分析方法
5．3．1 用於聲子晶體闆的FDTD法
5．3．2 用於分析聲子晶體闆的PWE方法
5．3．3 用於聲子晶體闆分析的FE方法
5．3．4 聲子晶體闆的其他重要分析方法
5．4 聲子晶體闆結構的製備和測試
5．5 案例分析：散射體為空腔的聲子晶體闆
5．5．1 具有高頻完全聲子帶隙的空腔／矽聲子晶體闆的結構設計
5．5．2 矽聲子晶體闆結構的製備
5．6 聲子晶體闆裝置及其帶隙設計
5．6．1 聲子晶體闆中的微機械共振結構對能量的束縛
5．6．2 利用聲子晶體帶隙抑製微機械共振器的支撐損耗
5．6．3 聲子晶體闆波導
5．6．4 基於波導的高Q值聲子晶體共振器
5．7 聲子晶體闆結構的發展趨勢和前景
5．7．1 色散的聲子晶體闆結構
5．7．2 光機型晶體闆
5．7．3 聲子晶體闆中的熱聲子控製
參考文獻

第6章 聲子晶體中的錶麵波
6．1 引言
6．2 理論方法
6．2．1 PWE法
6．2．2 時域有限差分法
6．3 聲子晶體中的錶麵波
6．3．1 頻率能帶結構
6．3．2 帶隙和錶麵波特性
6．3．3 Bleustein-Gulyaev波
6．4 聲子晶體錶麵波波導
……
第7章 時域中聲子晶體的光學測試
第8章 頻域中聲子晶體的光學測試
第9章 聲子晶體和聲學超材料展望

前言/序言

　　聲子晶體是一類新穎的周期閤成材料，可以用於操控彈性波與聲波的傳播。周期性賦予瞭聲子晶體豐富的新特性，這些特性在自然界中往往是找不到的，例如，聲子晶體能夠展現齣聲學（或聲子）帶隙，這些頻帶內的聲波在傳播過程中將會受到顯著的抑製；通過在理想的聲子晶體中引入不同類型的缺陷，人們還能夠設計齣各種波導結構，從而在上述帶隙內對聲波的傳輸做進一步調控；此外，聲子晶體還可用於一些極為緊湊的結構，為之提供多種新功能。
　　人們普遍預期，不久的將來聲子晶體將在大量應用領域中得到充分的重視，例如無綫通信、傳感、聲信號處理以及超聲成像等。利用聲子晶體人們可以製備齣很多具有優良性能的新設備或新儀器，如聲學濾波器、聲學共振器、聲源和聲透鏡等，在此基礎上，還可以進一步構造齣聲學超材料，從而錶現齣多種全新的物理現象，如負摺射、聲隱身以及超透鏡等，一般而言，這些現象或效應是傳統聲學材料所不具備的。
　　雖然聲子晶體和聲學超材料的研究還處於初期階段，但是它們的光學類似物——光子晶體——卻早已為人們所熟知瞭，特彆是光子晶體具有很多無法藉助傳統材料來獲得的獨特性質這一點。在過去的10年中，光子晶體已經得到瞭非常廣泛的研究，並且齣現瞭多本優秀的著作，其中對光子晶體特性與應用等方麵內容做瞭透徹的介紹。與此相對應的是，聲子晶體的研究還處在起步階段，人們也是近些年纔對這一領域開始關注的，不過，應當指齣的是，這一領域正在迅猛發展中。
　　本書的目的是從材料、裝置和應用等角度為讀者詳盡地綜述聲子晶體領域的研究現狀，並為準備介入這一領域的研究者們提供必要的研究工具。為實現這一目標，本書涵蓋瞭聲子晶體設計與實驗中所用到的各種仿真手段、製備過程和描述方法等內容，無論是本領域的成熟研究人員還是新手都能輕鬆地理解和掌握。此外，本書還對近期聲子晶體領域齣現的一些非常重要的研究進展做瞭介紹。
　　撰寫本書的想法最初萌發於2009年的夏天，那時我們聯閤主辦瞭第一屆國際光子晶體研討會（Nice，法國，2009），會議過程中人們認識到有必要為聲子晶體領域撰寫一本包羅萬象的參考書，因此，會議之後，我們花瞭相當長的時間調查瞭聲子晶體研究者們的需求，以此為依據形成瞭本書的內容框架，進而邀請瞭多位專傢分彆執筆撰寫瞭相應的章節內容。
　　本書各章的作者在其所在的研究領域中都是世界一流的，他們不僅具有多年的豐富研究經驗，而且指導瞭眾多的年輕科學傢和工程師，我們相信由他們撰寫的這本書一定能為感興趣的讀者們提供聲子晶體領域的深入的知識和經驗。當然，本書也可以作為力學或電子工程等學科研究生課程的教學材料。
　　最後，我們想感謝所有幫助我們撰寫本書的人們，他們的討論、撰寫和審查等工作都是本書成型所不可或缺的。我們還要感謝眾多的研究人員（學生、博士後、教授和技術團隊成員們），因為本書的很多內容都是他們的研究成果。此外，還要特彆感謝AliA.Eftekhar博士，他為本書的構思和框架安排等工作提供瞭大量的指導和建議。

好的，這是一本關於非綫性光學材料、等離子體激元物理以及拓撲材料的綜閤性書籍的簡介： 書名： 《非綫性光子學、錶麵等離子體激元與拓撲光子學：前沿理論與器件實現》 內容簡介： 本書深入探討瞭當代光子學領域三個前沿且相互關聯的分支：非綫性光學材料、錶麵等離子體激元（Plasmonics）以及拓撲光子學。全書旨在為讀者提供從基本物理原理到實際器件設計的全麵視角，特彆強調跨學科交叉帶來的新興功能與應用潛力。 第一部分：非綫性光學材料的機製與調控 本部分聚焦於光與物質相互作用中産生的非綫性效應，這是實現光信號處理、頻率轉換和光功率控製的核心。我們首先從經典電磁理論和量子力學角度闡述瞭二階和三階非綫性響應的微觀機製，如二次諧波産生（SHG）、倍頻（SFG）和剋爾效應。 重點內容包括： 1. 材料選擇與結構設計： 詳細分析瞭周期性極化鈮酸鋰（PPLN）、新型半導體量子阱結構以及摻雜玻璃中的非綫性特性。討論瞭如何通過控製材料的晶體結構、摻雜濃度和光場強度來優化非綫性耦閤效率。 2. 非綫性波導與超連續譜： 深入探討瞭光縴和集成光波導中非綫性效應的尺度效應。對於亞波長尺度的光子晶體波導，分析瞭慢光區域和高非綫性係數的協同作用如何大幅增強非綫性相互作用，從而實現低閾值的頻率梳生成和超連續譜（Supercontinuum Generation）的産生。 3. 光場整形與時間壓縮： 介紹瞭利用非綫性色散控製（如自相位調製，SPM）實現超快脈衝的展寬與壓縮技術。討論瞭如何設計具有特定群速度色散（GVD）麯綫的介質，以精確控製超快光脈衝的時域形狀，這在飛秒激光技術和高分辨率光譜學中至關重要。 第二部分：錶麵等離子體激元的操控與應用 本部分轉嚮研究在金屬/介質界麵上存在的、受約束的電磁場振蕩——錶麵等離子體激元（SPPs）。SPPs 能夠突破傳統光學衍射極限，實現對光的亞波長尺度約束和傳輸，是納米光子學和光電集成領域的熱點。 核心章節涵蓋： 1. SPP的産生與模式分析： 闡述瞭通過 Kretschmann 或 Otto 配置激發局域錶麵等離子體共振（LSPR）和錶麵等離子體極化激元（SPPs）的原理。采用有限元方法（FEM）和時域有限差分法（FDTD）對不同幾何形狀（納米顆粒、納米綫、脊狀結構）的 SPP 模式進行數值模擬和分析，重點關注場增強效應的強度與衰減長度。 2. 等離子體波導與器件： 探討瞭如何利用金屬納米結構構建等離子體波導（如 V 型槽、導波管）來實現光信號的無損或低損耗傳輸。討論瞭導波損耗的主要來源——歐姆損耗，以及如何通過引入介質填充層或使用高品質因子結構（如光子晶體耦閤的等離子體結構）來緩解。 3. 傳感與生物成像： 詳細介紹瞭基於 LSPR 的高靈敏度化學和生物傳感原理。通過分析結構共振頻率對周圍介質摺射率變化的敏感性，展示瞭等離子體傳感器在分子檢測和實時細胞成像中的優勢。同時，也討論瞭如何利用金屬納米天綫陣列實現光束的完美吸收和聚焦。 第三部分：拓撲光子學中的守恒律與邊界效應 本部分是本書的理論高地，引入瞭凝聚態物理中的拓撲概念到光子係統中，以期獲得對光流動的魯棒性控製。 關鍵內容包括： 1. 拓撲不變量與能帶理論： 藉鑒電子係統的貝裏相位（Berry Phase）概念，建立瞭光子晶體和超材料中的拓撲不變量（如 Chern 數）。詳細推導瞭能帶反轉的條件，並展示瞭如何通過結構對稱性的破缺來調控光子帶隙的拓撲性質。 2. 邊緣態的非互易傳輸： 深入分析瞭拓撲絕緣體光子晶體（TCI）和拓撲聲子晶體（TPC）的邊緣態特性。重點解釋瞭磁場（或等效的有效磁場）如何誘導光流的單嚮傳輸，使得光子流在結構缺陷或邊界處具有對散射源（如雜質或彎麯）的極強抵抗力。 3. 應用：無損波導與環形諧振器： 展示瞭如何設計基於拓撲邊緣態的波導結構，實現彎麯半徑遠小於波長的無損傳輸。此外，還介紹瞭利用拓撲保護的耦閤腔係統構建高品質因子（Q 值）的拓撲環形諧振器，這類器件在低噪聲激光器和量子光子學中具有巨大潛力。 總結： 本書結構嚴謹，理論深度足夠，同時密切關注實驗驗證和工程實現。它不僅僅是各個領域的獨立綜述，更緻力於揭示非綫性、等離子體和拓撲物理在集成光子器件設計中的相互促進作用，為從事先進光學材料、微納光子學和量子信息處理的研究人員和工程師提供瞭一份重要的參考資料。通過對這三大前沿領域的綜閤學習，讀者將能夠掌握設計下一代光電子係統所需的核心物理工具和設計方法。

評分☆☆☆☆☆

最近正好對一些新興的材料科學領域感到好奇，於是偶然間看到瞭《聲子晶體的基本原理與應用》這本書，雖然書名聽起來很專業，但總想著去瞭解一下這個“聲子晶體”到底是個什麼東西，它在實際生活中又有什麼用武之地。拿到書後，我的第一感覺是它的內容可能相當硬核，裏麵的插圖和圖錶大概率會非常密集，用來展示復雜的聲子晶體結構和聲波傳播的模擬結果。我尤其對書中會介紹的“聲子帶隙”的概念很感興趣，聽起來就像是聲波的“禁區”，不知道它到底是如何形成的，以及有什麼特彆的意義。書中可能會詳細解釋如何通過改變晶格的尺寸、形狀、材料屬性等，來精確調控這個聲子帶隙的大小和位置，從而實現對聲波傳播的有效控製。我猜測，它還會深入探討聲子晶體在聲學超材料、隔振降噪、能量收集等方麵的應用實例，可能會列舉一些具體的器件設計和實驗驗證，讓我們看到理論如何轉化為實際技術。對於我這樣一個對前沿科技有濃厚興趣但專業背景不深厚的讀者來說，這本書雖然內容深度可能超齣瞭我的預期，但它無疑提供瞭一個深入瞭解聲子晶體世界的窗口，讓我得以窺見這個領域的研究現狀和未來發展趨勢。

評分☆☆☆☆☆

我對《聲子晶體的基本原理與應用》這本書的初印象，主要來自於它所涵蓋的領域——聲子晶體。這聽起來是一個相當專業且具有前瞻性的研究方嚮，很可能涉及到復雜的物理學和材料科學知識。我猜測，這本書會首先從聲子晶體的基本概念入手，詳細介紹其物理結構，比如周期性的排列方式、單元結構的設計等，然後深入講解這些結構如何影響聲波的傳播，特彆是“聲子帶隙”的形成機製，以及如何通過調整結構參數來精確控製聲波的傳輸。書中很可能會引入大量的數學模型和理論分析，來解釋聲子在晶格中的行為，並可能涉及一些與量子力學相關的概念。對於我而言，這本書最大的吸引力在於它對於“應用”的探討，我期待書中能夠展示聲子晶體在各個領域的實際應用案例，比如在通信、傳感、醫療、能源等領域，它能否帶來顛覆性的技術革新，或者解決當前技術瓶頸。我設想，書中會提供一些具體的工程設計思路，甚至可能包含一些仿真結果和實驗數據，來證明聲子晶體的可行性和優越性。這本書的閱讀門檻可能對我這個非專業人士來說並不低，但它提供的知識深度和廣度，無疑能滿足我對聲子晶體這一新興領域的好奇心。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我拿到《聲子晶體的基本原理與應用》這本書的時候，心裏是有點打退堂鼓的。我本身不是物理學專業的，對“聲子”這個概念的理解僅限於它是一種傳遞能量的準粒子，但具體到“聲子晶體”，就完全摸不著頭腦瞭。這本書的封麵設計就透露著一股嚴謹的氣息，感覺裏麵的內容會非常學術化，可能充滿瞭復雜的數學推導和物理模型。我猜想，它會從聲子晶體的基本結構齣發，詳細講解如何通過人工設計的周期性結構來影響聲波的傳播，比如如何形成聲子帶隙，以及這些帶隙的特性如何與周期結構的參數相關聯。書中可能會詳細介紹各種不同類型的聲子晶體，比如一維、二維和三維的，以及它們在不同應用場景下的設計思路。更讓我好奇的是，書中大概率會深入探討聲子晶體在聲學器件，如濾波器、諧振器、導波器等方麵的應用，甚至可能還會涉及一些比較前沿的領域，比如熱電轉換、量子信息等。對於我這樣一個想要對這個領域有一個大概瞭解的讀者來說，這本書的內容深度和專業性可能是我需要麵對的主要挑戰，我需要付齣更多的時間和精力去理解其中的概念和原理，纔能真正從這本書中獲益。

評分☆☆☆☆☆

這本《聲子晶體的基本原理與應用》聽名字就覺得很高大上，我之前對聲子晶體幾乎沒什麼概念，隻知道好像和聲波、晶體有關，大概率是那種需要一定物理學基礎纔能看懂的書。拿到書後，我翻瞭翻目錄，裏麵涉及瞭布裏淵區、能帶結構、幺正變換等等，這些詞匯對我來說就像是天書一樣，感覺我的物理知識停留在高中甚至初中階段，讀這本書的門檻實在太高瞭。我猜這本書裏會詳細講解聲子晶體的理論構建，比如如何通過周期性結構來調控聲波的傳播，會用大量的數學公式和物理模型來證明這些現象，甚至可能還會涉及一些量子力學的概念，用來解釋微觀層麵的聲子行為。對於一個想入門瞭解聲子晶體基本概念的讀者來說，這本書可能顯得過於專業和晦澀，與其說是科普讀物，不如說是專業教材。我嘗試著讀瞭幾頁，但很快就被公式和專業術語淹沒瞭，感覺大腦一片空白，不得不暫時放下。或許需要先去惡補一些固態物理和量子力學的知識，纔能真正領略到這本書的精髓。當然，對於有誌於深入研究聲子晶體領域的科研人員或者高年級學生來說，這本書的價值可能就非常大瞭，因為它提供瞭堅實的理論基礎和深入的分析，能夠幫助他們理解和掌握前沿的聲子學知識。

評分☆☆☆☆☆

作為一個對聲音的物理本質和傳播機製抱有強烈好奇心的人，偶然間邂逅《聲子晶體的基本原理與應用》這本書，確實讓我眼前一亮。書名就暗示著其內容將深入探索聲子晶體這一具有獨特聲學特性的材料。我預想書中會詳細闡述聲子晶體的基本構成原理，例如如何通過周期性的排列和改變介質的屬性來形成人工設計的結構，從而對聲波的傳播産生顯著的影響。書中很可能包含大量的理論推導，解釋聲波在這些周期結構中是如何被散射、衍射，並最終形成所謂的“聲子帶隙”的。我猜測，作者會通過深入淺齣的方式，帶領讀者一步步理解聲子晶體的能帶理論，以及它與電子在固體中的能帶理論的異同之處。此外，書中也必定會花費筆墨介紹聲子晶體在實際應用中的潛力，比如在聲學濾波、隔振降噪、聲學傳感、甚至能量收集等領域，可能會列舉一些具體的工程實例和研究進展，展現聲子晶體技術如何為解決現實問題提供新的思路和解決方案。對於我來說，這本書無疑提供瞭一個深入瞭解這個復雜而迷人的聲學世界的絕佳機會。