声子晶体 -- 调制声波、声学波和弹性波的人工晶体（第二版）
定 价：198 元
- 作者：孙小伟等
- 出版时间：2025/9/1
- ISBN：9787030795762
- 出 版 社：科学出版社
- 中图法分类：O7
- 页码：382
- 纸张：
- 版次：1
- 开本：B5
声子晶体是一种具有弹性波禁带的人工周期性功能材料，其概念提出于1993年左右。由于具备新颖甚至反常的物理特性，它不仅引起人们极大的研究兴趣，还逐渐成为包括物理学、力学、材料科学、信息科学等在内的众多学科的研究前沿与热点，并在工程领域展现出广阔的应用前景。
本书系统介绍了声子晶体的基本概念、基础理论、数值计算方法以及主要应用；结合大量的模型案例，分别对声子晶体中声波和弹性波的传播现象进行了详细的物理阐释，同时对有限元方法、平面波展开法、多重散射法、时域有限差分法等数值计算方法和分析工具做了介绍，为开展该领域的研究提供了很好的建模和仿真方面的指导。
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甘肃省物理学会常务理事，甘肃省大学物理课程教学指导委员会秘书长，甘肃省物理学类专业教学指导、认证与教材建设委员会委员。甘肃省高校科技进步一等奖，甘肃省高校科技进步一等奖，甘肃省高等学校科研优秀成果三等奖
目录
译者序
原书第二版前言
原书第一版前言
专家推介
第1章 绪论 1
第一部分：声波晶体中的声波
第2章 周期介质中的标量波 9
2.1 均匀介质中的标量波 9
2.1.1 波的一维传播 9
2.1.2 三维波的传播 19
2.2 布洛赫定理 27
2.3 带隙的物理起源 29
2.3.1 一维周期介质 29
2.3.2 二维和三维案例 38
2.3.3 局域共振 41
2.4 晶格、布里渊区和能带结构 46
2.4.1 布拉维格子 47
2.4.2 原胞 49
2.4.3 倒易晶格 50
第3章 声波 53
3.1 声波的动力学方程 53
3.1.1 一维声学方程 53
3.1.2 三维声学方程 56
3.1.3 声波的坡印亭定理 58
3.1.4 流体常数，损耗 61
3.2 反射和折射 63
3.2.1 垂直入射的平面波 64
3.2.2 任意入射平面的简谐波 66
3.3 散射声学问题的有限元建模 68
3.3.1 网格、有限元空间，弱形式和待解决问题 68
3.3.2 声波方程的弱形式 70
3.3.3 散射边界条件 72
3.3.4 内部波源的表示方法 73
3.3.5 单色波的完美匹配层 74
3.3.6 入射平面波的散射 79
第4章 声波晶体 81
4.1 声波晶体的建模 82
4.1.1 动力学方程 82
4.1.2 平面波展开（PWE）方法 85
4.1.3 多重散射理论（MST 和 LMS） 91
4.1.4 时域有限差分法 92
4.1.5 有限元建模 94
4.1.6 其他方法 96
4.2 二维声波晶体 97
4.2.1 空气中的刚性柱体 97
4.2.2 钢柱在水中 103
4.2.3 聋带和晶胞对称性 108
4.2.4 声波晶体设计 111
4.3 三维声波晶体 112
4.3.1 水中气泡 113
4.3.2 水中碳化钨珠 114
第二部分：声子晶体中的弹性波
第5章 弹性波 121
5.1 弹性动力学方程 121
5.1.1 应变张量 121
5.1.2 应力张量 122
5.1.3 胡克定律和弹性常数 123
5.1.4 弹性波的能量关系和坡印亭定律 125
5.2 弹性固体中的体波 126
5.2.1 克里斯托费尔方程 126
5.2.2 各向同性固体中的体弹性波 127
5.2.3 立方晶体中的体波 128
5.2.4 平面简谐波的能量关系 128
5.2.5 特征面 129
5.2.6 衰减 132
5.3 压电介质 133
5.3.1 压电现象的物理起源 133
5.3.2 本构关系 134
5.3.3 准静态近似 136
5.3.4 边界条件 137
5.3.5 压电介质的坡印亭定理 137
5.4 压电介质中的体波 138
5.4.1 平面简谐波的加强弹性常数 138
5.4.2 慢度曲线和机电耦合 139
5.4.3 能量速度 141
5.4.4 群速度 143
5.5 反射与折射 144
5.6 板波 147
5.7 表面波 149
5.7.1 非压电固体上的表面波 150
5.7.2 压电固体上的表面波 151
5.7.3 格林函数与有效表面介电常数 153
5.7.4 伪表面声波 154
第6章 体弹性波声子晶体 162
6.1 声子晶体的建模 162
6.1.1 动力学方程 162
6.1.2 平面波展开法 165
6.1.3 时域有限差分法 170
6.1.4 有限元建模 172
6.2 二维声子晶体 174
6.2.1 软中硬结构 175
6.2.2 硬中软结构 178
6.2.3 固体-空腔结构 180
6.2.4 各向异性弹性固体晶体 182
6.2.5 压电固体晶体 184
6.3 三维声子晶体 186
第7章 表面波和平板波声子晶体 189
7.1 声子晶体板的布洛赫波 191
7.1.1 有限元分析 191
7.1.2 平面波展开分析 199
7.2 声子晶体板实验 201
7.2.1 多孔声子晶体板 201
7.2.2 固-固声子晶体板 203
7.3 表面布洛赫波 205
7.3.1 分波展开 206
7.3.2 表面边界条件 210
7.3.3 半无限表面声子晶体 211
7.3.4 有限深表面声子晶体 215
7.4 表面声子晶体 217
7.4.1 硅表面声子晶体 218
7.4.2 铌酸锂表面声子晶体 219
第三部分：声子晶体中的波现象
第8章 声子晶体中的声波和弹性波耦合 225
8.1 声波和弹性波的耦合 225
8.2 流体中固体包裹体的声波晶体 231
8.2.1 固体柱在水中排列 231
8.2.2 尼龙棒在水中排列 233
8.3 二维声子晶体中的流体包裹体 234
8.3.1 二维声子晶体中的空气孔 234
8.3.2 充满液体的包裹体作为传感器 235
8.4 波纹表面和板 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 为什么要描述声波和声子晶体中的倏逝波？ 240
9.1.2 我们应该选择复数K 还是复数W？ 242
9.1.3 布洛赫定理能否扩展到复波数？ 244
9.2 声波晶体的倏逝布洛赫波 244
9.2.1 平面波展开分析 245
9.2.2 有限元法 246
9.2.3 复杂能带结构 247
9.3 声子晶体的倏逝布洛赫波 251
9.3.1 平面波展开分析 251
9.3.2 有限元分析 252
9.3.3 复杂能带结构 253
9.3.4 黏弹性损失 256
9.4 超胞和缺陷模式 259
9.5 复式本征频率能带结构 262
9.6 可解析的能带结构 264
第10章 局域共振型晶体 266
10.1 局域共振和法诺共振 266
10.2 连接在波导上的一维谐振器阵列 270
10.3 局域共振声波晶体 274
10.4 局域共振声子晶体 276
10.5 带支柱的声子晶体板 279
10.6 柱状表面声子晶体 283
第四部分：声子晶体结构
第11章 镜子、波导和腔 289
11.1 声子晶体的作用 289
11.1.1 人造晶体的几何分类 289
11.1.2 按问题类型分类 290
11.2 镜子 291
11.2.1 布拉格镜效率 291
11.2.2 声波带隙镜的菲涅耳系数 293
11.2.3 隔音屏 295
11.3 缺陷腔 298
11.3.1 法布里-珀罗干涉仪 298
11.3.2 零维缺陷腔 301
11.4 缺陷波导 303
11.4.1 二维声波晶体中的波导 303
11.4.2 声子晶体平板中的波导 305
11.4.3 表面声子晶体中的波导 307
11.4.4 耦合谐振腔声波导（CRAW） 309
11.4.5 声子晶体光纤 311
第12章 空间和时间色散 314
12.1 色散关系 314
12.1.1 作为水平集的隐式色散关系 314
12.1.2 晶体内部的折射 316
12.1.3 非色散介质的进一步关系 317
12.1.4 声波和声子晶体的隐式色散关系 318
12.2 声波晶体折射透镜 319
12.3 声波晶体中的负折射 322
12.4 准直 326
12.5 梯度折射率声子晶体 329
12.6 声子晶体中的负折射 332
12.7 晶界上的反射和折射 335
12.8 声波晶体作为衍射光栅 338
12.9 时间色散和隧穿效应 340
第13章 拓扑和对称性 343
13.1 几何相位和拓扑数 343
13.1.1 缠绕数 343
13.1.2 波的绝热定理 345
13.1.3 几何相和贝利相 347
13.1.4 倒易空间中的拓扑不变量 349
13.2 苏-施里弗-希格模式 350
13.2.1 离散分析 350
13.2.2 声学模型 355
13.3 狄拉克锥和拓扑 357
13.3.1 狄拉克锥 357
13.3.2 谷霍尔型晶体 360
13.3.3 量子霍尔型晶体 362
13.3.4 量子自旋霍尔型晶体 363
第14章 总结 367
参考文献 369
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