声学超材料与波场调控

本书结合国内外声学超材料的研究现状和作者现有的研究成果，系统介绍了几类重要的声学超材料，即宽带声学超材料、各向异性声学超材料、声学超表面与水下声学超材料，并详细论述这些超材料的设计方法及它们在波场调控中的应用问题。 本书可供从事声学超材料与声子晶体理论研究的科技人员、有关专业高年级本科生与研究生阅读参考。

任春雨，清华大学固体力学博士，授课及研究方面包括复合材料结构振动与声学、声学超材料的理论与应用、结构与声学的数值计算方法。主持多项国基金青年项目、国基金面上项目，发表SCI期刊论文20余篇，指导和培养博士生、硕士生20余名。

目录 第1章概论1 1.1声学超材料简介1 1.2声学超表面简介5 1.3拓扑声学简介14 1.4水下声学超材料简介18 第2章宽带声学超材料22 引言22 2.1声学超材料等效方法22 2.2宽带声学超材料设计24 2.2.1锥形迷宫超材料24 2.2.2梯度折叠空间超材料29 2.3超材料应用34 2.3.1负折射34 2.3.2定向发射37 第3章各向异性声学超材料39 引言39 3.1各向异性声学超材料等效方法39 3.2各向异性超材料设计 41 3.2.1基于层状散射体的各向异性超材料41 3.2.2基于腔通道网格的各向异性超材料45 3.3各向异性声学超材料应用 48 3.3.1定向发射设计及分析48 3.3.2定向发射实验52 第4章声学超表面60 引言60 4.1高透射声学超表面及其应用60 4.1.1空气中高透射迷宫单元设计60 4.1.2基于超表面的定向声天线设计64 4.1.3基于超表面的波束孔径调节器设计68 4.2宽带声学超表面及其应用74 4.2.1少层宽带弱色散单元理论设计74 4.2.2基于迷宫结构的空气宽带弱色散单元78 4.2.3基于超表面的宽带声波操控80 4.3双各向异性声学超表面及其应用83 4.3.1超表面操控中的法向声阻抗匹配84 4.3.2基于少层非对称超表面的无散射全角度声波操控89 4.3.3少层非对称单元中的双各向异性响应94 声学超材料与波场调控第5章声学拓扑绝缘体98 引言98 5.1二维声学拓扑绝缘体98 5.1.1四方晶格拓扑绝缘体紧束缚模型98 5.1.2四方晶格声学拓扑绝缘体105 5.2一维声学拓扑绝缘体110 5.2.1DSSH模型紧束缚模型110 5.2.2声学类DSSH波导119 5.3声学拓扑绝缘体典型应用127 5.3.1二维拓扑绝缘体的鲁棒边界态 127 5.3.2定向发射129 第6章水下声学超材料139 引言139 6.1二维水下声学超材料及其应用139 6.1.1五模超材料的结构设计及材料属性139 6.1.2异形龙伯透镜的器件设计143 6.1.3五模超材料异形龙伯透镜构造147 6.1.4水下声学定向发射功能的仿真实现150 6.1.5水下声学器件定向发射性能实验156 6.2三维水下声学超材料及其应用161 6.2.1复合面心立方声子晶体162 6.2.2离散Luneburg透镜设计165 6.2.3三维Luneburg透镜水声实验168 6.3水下声学超表面及其应用175 6.3.1水下高透射超表面175 6.3.2水下宽带声学超表面187 6.4水下声学拓扑绝缘体及其应用200 6.4.1水下四方晶格声学拓扑绝缘体设计200 6.4.2四方晶格声学拓扑绝缘体中的拓扑边界态203 6.4.3基于四方晶格声学拓扑绝缘体的水下声波定向发射206 参考文献211