目錄
譯者序
原書第二版前言
原書第一版前言
專家推介
第1章 緒論 1
第一部分：聲波晶體中的聲波
第2章 周期介質(zhì)中的標(biāo)量波 9
2.1 均勻介質(zhì)中的標(biāo)量波 9
2.1.1 波的一維傳播 9
2.1.2 三維波的傳播 19
2.2 布洛赫定理 27
2.3 帶隙的物理起源 29
2.3.1 一維周期介質(zhì) 29
2.3.2 二維和三維案例 38
2.3.3 局域共振 41
2.4 晶格、布里淵區(qū)和能帶結(jié)構(gòu) 46
2.4.1 布拉維格子 47
2.4.2 原胞 49
2.4.3 倒易晶格 50
第3章 聲波 53
3.1 聲波的動(dòng)力學(xué)方程 53
3.1.1 一維聲學(xué)方程 53
3.1.2 三維聲學(xué)方程 56
3.1.3 聲波的坡印亭定理 58
3.1.4 流體常數(shù)，損耗 61
3.2 反射和折射 63
3.2.1 垂直入射的平面波 64
3.2.2 任意入射平面的簡(jiǎn)諧波 66
3.3 散射聲學(xué)問(wèn)題的有限元建模 68
3.3.1 網(wǎng)格、有限元空間，弱形式和待解決問(wèn)題 68
3.3.2 聲波方程的弱形式 70
3.3.3 散射邊界條件 72
3.3.4 內(nèi)部波源的表示方法 73
3.3.5 單色波的完美匹配層 74
3.3.6 入射平面波的散射 79
第4章 聲波晶體 81
4.1 聲波晶體的建模 82
4.1.1 動(dòng)力學(xué)方程 82
4.1.2 平面波展開(kāi)（PWE）方法 85
4.1.3 多重散射理論（MST 和 LMS） 91
4.1.4 時(shí)域有限差分法 92
4.1.5 有限元建模 94
4.1.6 其他方法 96
4.2 二維聲波晶體 97
4.2.1 空氣中的剛性柱體 97
4.2.2 鋼柱在水中 103
4.2.3 聾帶和晶胞對(duì)稱性 108
4.2.4 聲波晶體設(shè)計(jì) 111
4.3 三維聲波晶體 112
4.3.1 水中氣泡 113
4.3.2 水中碳化鎢珠 114
第二部分：聲子晶體中的彈性波
第5章 彈性波 121
5.1 彈性動(dòng)力學(xué)方程 121
5.1.1 應(yīng)變張量 121
5.1.2 應(yīng)力張量 122
5.1.3 胡克定律和彈性常數(shù) 123
5.1.4 彈性波的能量關(guān)系和坡印亭定律 125
5.2 彈性固體中的體波 126
5.2.1 克里斯托費(fèi)爾方程 126
5.2.2 各向同性固體中的體彈性波 127
5.2.3 立方晶體中的體波 128
5.2.4 平面簡(jiǎn)諧波的能量關(guān)系 128
5.2.5 特征面 129
5.2.6 衰減 132
5.3 壓電介質(zhì) 133
5.3.1 壓電現(xiàn)象的物理起源 133
5.3.2 本構(gòu)關(guān)系 134
5.3.3 準(zhǔn)靜態(tài)近似 136
5.3.4 邊界條件 137
5.3.5 壓電介質(zhì)的坡印亭定理 137
5.4 壓電介質(zhì)中的體波 138
5.4.1 平面簡(jiǎn)諧波的加強(qiáng)彈性常數(shù) 138
5.4.2 慢度曲線和機(jī)電耦合 139
5.4.3 能量速度 141
5.4.4 群速度 143
5.5 反射與折射 144
5.6 板波 147
5.7 表面波 149
5.7.1 非壓電固體上的表面波 150
5.7.2 壓電固體上的表面波 151
5.7.3 格林函數(shù)與有效表面介電常數(shù) 153
5.7.4 偽表面聲波 154
第6章 體彈性波聲子晶體 162
6.1 聲子晶體的建模 162
6.1.1 動(dòng)力學(xué)方程 162
6.1.2 平面波展開(kāi)法 165
6.1.3 時(shí)域有限差分法 170
6.1.4 有限元建模 172
6.2 二維聲子晶體 174
6.2.1 軟中硬結(jié)構(gòu) 175
6.2.2 硬中軟結(jié)構(gòu) 178
6.2.3 固體-空腔結(jié)構(gòu) 180
6.2.4 各向異性彈性固體晶體 182
6.2.5 壓電固體晶體 184
6.3 三維聲子晶體 186
第7章 表面波和平板波聲子晶體 189
7.1 聲子晶體板的布洛赫波 191
7.1.1 有限元分析 191
7.1.2 平面波展開(kāi)分析 199
7.2 聲子晶體板實(shí)驗(yàn) 201
7.2.1 多孔聲子晶體板 201
7.2.2 固-固聲子晶體板 203
7.3 表面布洛赫波 205
7.3.1 分波展開(kāi) 206
7.3.2 表面邊界條件 210
7.3.3 半無(wú)限表面聲子晶體 211
7.3.4 有限深表面聲子晶體 215
7.4 表面聲子晶體 217
7.4.1 硅表面聲子晶體 218
7.4.2 鈮酸鋰表面聲子晶體 219
第三部分：聲子晶體中的波現(xiàn)象
第8章 聲子晶體中的聲波和彈性波耦合 225
8.1 聲波和彈性波的耦合 225
8.2 流體中固體包裹體的聲波晶體 231
8.2.1 固體柱在水中排列 231
8.2.2 尼龍棒在水中排列 233
8.3 二維聲子晶體中的流體包裹體 234
8.3.1 二維聲子晶體中的空氣孔 234
8.3.2 充滿液體的包裹體作為傳感器 235
8.4 波紋表面和板 237
第9章 倏逝布洛赫波 240
9.1 倏逝波和布洛赫定理 240
9.1.1 為什么要描述聲波和聲子晶體中的倏逝波？ 240
9.1.2 我們應(yīng)該選擇復(fù)數(shù)K 還是復(fù)數(shù)W？ 242
9.1.3 布洛赫定理能否擴(kuò)展到復(fù)波數(shù)？ 244
9.2 聲波晶體的倏逝布洛赫波 244
9.2.1 平面波展開(kāi)分析 245
9.2.2 有限元法 246
9.2.3 復(fù)雜能帶結(jié)構(gòu) 247
9.3 聲子晶體的倏逝布洛赫波 251
9.3.1 平面波展開(kāi)分析 251
9.3.2 有限元分析 252
9.3.3 復(fù)雜能帶結(jié)構(gòu) 253
9.3.4 黏彈性損失 256
9.4 超胞和缺陷模式 259
9.5 復(fù)式本征頻率能帶結(jié)構(gòu) 262
9.6 可解析的能帶結(jié)構(gòu) 264
第10章 局域共振型晶體 266
10.1 局域共振和法諾共振 266
10.2 連接在波導(dǎo)上的一維諧振器陣列 270
10.3 局域共振聲波晶體 274
10.4 局域共振聲子晶體 276
10.5 帶支柱的聲子晶體板 279
10.6 柱狀表面聲子晶體 283
第四部分：聲子晶體結(jié)構(gòu)
第11章 鏡子、波導(dǎo)和腔 289
11.1 聲子晶體的作用 289
11.1.1 人造晶體的幾何分類 289
11.1.2 按問(wèn)題類型分類 290
11.2 鏡子 291
11.2.1 布拉格鏡效率 291
11.2.2 聲波帶隙鏡的菲涅耳系數(shù) 293
11.2.3 隔音屏 295
11.3 缺陷腔 298
11.3.1 法布里-珀羅干涉儀 298
11.3.2 零維缺陷腔 301
11.4 缺陷波導(dǎo) 303
11.4.1 二維聲波晶體中的波導(dǎo) 303
11.4.2 聲子晶體平板中的波導(dǎo) 305
11.4.3 表面聲子晶體中的波導(dǎo) 307
11.4.4 耦合諧振腔聲波導(dǎo)（CRAW） 309
11.4.5 聲子晶體光纖 311
第12章 空間和時(shí)間色散 314
12.1 色散關(guān)系 314
12.1.1 作為水平集的隱式色散關(guān)系 314
12.1.2 晶體內(nèi)部的折射 316
12.1.3 非色散介質(zhì)的進(jìn)一步關(guān)系 317
12.1.4 聲波和聲子晶體的隱式色散關(guān)系 318
12.2 聲波晶體折射透鏡 319
12.3 聲波晶體中的負(fù)折射 322
12.4 準(zhǔn)直 326
12.5 梯度折射率聲子晶體 329
12.6 聲子晶體中的負(fù)折射 332
12.7 晶界上的反射和折射 335
12.8 聲波晶體作為衍射光柵 338
12.9 時(shí)間色散和隧穿效應(yīng) 340
第13章 拓?fù)浜蛯?duì)稱性 343
13.1 幾何相位和拓?fù)鋽?shù) 343
13.1.1 纏繞數(shù) 343
13.1.2 波的絕熱定理 345
13.1.3 幾何相和貝利相 347
13.1.4 倒易空間中的拓?fù)洳蛔兞?349
13.2 蘇-施里弗-希格模式 350
13.2.1 離散分析 350
13.2.2 聲學(xué)模型 355
13.3 狄拉克錐和拓?fù)?357
13.3.1 狄拉克錐 357
13.3.2 谷霍爾型晶體 360
13.3.3 量子霍爾型晶體 362
13.3.4 量子自旋霍爾型晶體 363
第14章 總結(jié) 367
參考文獻(xiàn) 369