光子/声子晶体理论与技术

本书介绍了光子/声子晶体的基本概念、相关的基础理论。重点论述了光子/声子晶体材料与器件的基本原理、物理效应、理论分析与仿真设计方法，以及声子晶体减振降噪、光子晶体平板和光子晶体天线等方面的应用原理。本书可供从事光子/声子晶体理论与应用研究的科技人员、研究生阅读。

前言
第1章 光子/声子晶体概论 1
1.1 光子/声子晶体的基本概念 1
1.1.1 光子晶体 1
1.1.2 声子晶体 2
1.1.3 光子/声子晶体概念 3
1.2 光子/声子晶体研究动态 4
1.2.1 红外及可见光波段光子晶体研究动态 5
1.2.2 微波波段光子晶体研究动态 6
1.2.3 声子晶体研究动态 8
参考文献 9
第2章 光子/声子晶体带隙理论 12
2.1 光子/声子晶体的结构 12
2.1.1 晶格 12
2.1.2 散射单元 16
2.2 光子/声子晶体的能带理论 17
2.2.1 能带的对称性 17
2.2.2 光子/声子晶体中波方程及其对称性 24
2.2.3 光子/声子晶体的能带结构 33
参考文献 36
第3章 声子晶体 38
3.1 声子晶体禁带特性的研究方法 38
3.1.1 弹性波波动方程 38
3.1.2 理想声子晶体的理论模型 39
3.1.3 理想声子晶体的能带结构计算 41
3.2 布拉格散射型声子晶体的禁带特性 46
3.2.1 填充率的影响 46
3.2.2 点阵形式对禁带的影响 47
3.2.3 材料参数的影响 47
3.3 局域共振型声子晶体的禁带特性 50
3.3.1 局域共振型声子晶体禁带特性的基本特征 50
3.3.2 材料参数对局域共振型声子晶体禁带特性的影响 55
3.3.3 第一禁带的简化模型和起止频率估计式 62
3.4 基于禁带原理的减振/隔振原理探索 68
3.4.1 周期弹簧振子结构振动带隙及其隔振特性 69
3.4.2 周期结构细直梁弯曲振动带隙特性 75
3.4.3 二维周期结构矩形薄板弯曲振动带隙特性 79
3.5 声子晶体的缺陷态特性 83
3.5.1 缺陷态概述 83
3.5.2 点缺陷 84
3.5.3 线缺陷 90
3.6 声子晶体表面波特性 96
3.6.1 声表面波概述 96
3.6.2 声子晶体表面波带隙特性 97
参考文献 104
第4章 光波光子晶体 108
4.1 一维光子晶体 108
4.1.1 介质全(方向)反射镜 109
4.1.2 一维光子晶体光纤 113
4.2 理想二维光子晶体 114
4.2.1 理想二维光子晶体的横电(TE)和横磁(TM)模 114
4.2.2 理想二维光子晶体原理性器件 122
4.2.3 二维光子晶体光纤 131
4.3 平板二维光子晶体 133
4.3.1 平板二维光子晶体的本征模式和带结构 134
4.3.2 平板光子晶体无源光器件 139
4.3.3 平板光子晶体有源光器件 141
4.4 光子晶体物理制备 143
4.5 化学法制备光子晶体 146
4.5.1 “胶体晶体”模板法制备三维光子晶体 146
4.5.2 制备三维光子晶体的其他方法 156
4.5.3 核壳结构胶体微球的三维光子晶体 157
4.5.4 三维光子晶体中缺陷的制备 157
4.5.5 前景展望 157
参考文献 158
第5章 微波光子晶体 160
5.1 微波光子晶体传输系统 160
5.1.1 光子晶体波导 160
5.1.2 光子晶体微带传输线 165
5.2 微带结构微波光子晶体 176
5.2.1 介质型微波光子晶体 176
5.2.2 金属电介质型微波光子晶体 180
5.3 高阻表面型微波光子晶体 190
5.3.1 Mushroom光子晶体结构 191
5.3.2 周期矩量法计算带隙特性 191
5.3.3 等效介质模型 194
5.3.4 反射相位的FDTD计算 199
5.3.5 新型高阻表面光子晶体结构 201
5.4 光子晶体天线 210
5.4.1 光子晶体微带天线 210
5.4.2 光子晶体口径耦合微带天线 217
5.4.3 光子晶体卫星导航接收天线 222
5.4.4 光子晶体口径天线 226
5.4.5 光子晶体抑制天线互耦 229
5.4.6 光子晶体相控阵天线 232
参考文献 238