聲學超構材料：負折射、成像、透鏡和隱身

目錄 
第1章 聲學超構材料基礎 1 
1.1 引言 1 
1.1.1 電磁超構材料和通過反應的隱身術 3 
1.1.2 聲學超構材料和負折射率透鏡 4 
1.1.3 基于局域諧振模型的電磁超構材料和聲學超構材料的對應關系 5 
1.1.4 類比控制方程給出的電磁和聲學超構材料的對應關系 7 
1.1.5 折射型斗篷：通過幾何變換控制電磁場和彈性波場 9 
1.2 窄域諧振器的漸近模型：聲學超構材料的彈簧質(zhì)量模型 14 
1.3 復合材料的均質(zhì)化 19 
1.3.1 高對比介電光子晶體的均質(zhì)化 19 
1.3.2 人造各向異性 20 
1.3.3 人造磁性 20 
1.4 高對比聲子晶體均一化方法 21 
1.4.1 均一化結果：各向異性剪切模量和色散密度 21 
1.4.2 多尺度分析 22 
1.4.3 在重縮放嵌入體中求解譜問題 25 
1.4.4 Zhikov函數(shù)和Floquet-Bloch圖之間的對應關系 26 
1.4.5 色散等效參數(shù)和負折射 30 
1.5 高頻均質(zhì)化 32 
1.6 結論 37 
參考文獻 37 
第2章 低頻表面波禁帶相關應用中的局域諧振結構 41 
2.1 引言 42 
2.2 模型與計算方法 43 
2.3 結果與討論 45 
2.3.1 局域諧振表面導波模式的能帶圖 45 
2.3.2 局域諧振表面導波模式的聲波透射 47 
2.3.3 局域諧振表面聲禁帶的晶格對稱效應 51 
2.3.4 結論 53 
參考文獻 53
第3章 預應力結構的禁帶特性 55 
3.1 引言 55 
3.2 基于彈簧模型的周期梁禁帶分析 56 
3.2.1 色散圖和禁帶頻移 58 
3.3 禁帶局域缺陷模 59 
3.4 拉伸預應力周期板 61 
3.5 準周期梁結構中的禁帶和自相似性 67 
3.5.1 色散圖以及通帶禁帶分布 69 
3.5.2 預應力效應 72 
參考文獻 74 
第4章 周期性穿孔板結構的超聲透射特性 77 
4.1 引言 78 
4.1.1 均勻板 78 
4.2 研究背景 79 
4.2.1 單孔情況 80 
4.3 周期穿孔板理論 85 
4.3.1 幾何關系 85 
4.3.2 剛性固體理論 87 
4.4 實驗裝置 91 
4.5 結果 92 
4.6 總結和結論 100 
參考文獻 101 
第5章 新型超聲成像之應用 107 
5.1 引言 107 
5.2 成像問題 111 
5.2.1 衍射極限 112 
5.3 聲散射以及遠場算符 113 
5.3.1 玻恩近似 114 
5.3.2 分解遠場算符T1 114 
5.4 波數(shù)形成和衍射斷層成像 116 
5.5 亞波長成像 119 
5.5.1 含噪聲測量結果的信息容量 119 
5.6 非線性逆散射 122 
5.6.1 取樣方法 123 
5.7 實驗結果 124
5.8 結論 127 
參考文獻 127 
第6章 超構材料中利用遠場時間反轉(zhuǎn)實現(xiàn)亞波長聚焦 131 
6.1 引言 132 
6.2 時間反轉(zhuǎn)聚焦的基本原理 133 
6.3 電磁波的時間反轉(zhuǎn)以及遠場亞波長聚焦 136 
6.3.1 基本原理 136 
6.3.2 通過遠場TR方法進行亞波長聚焦的實驗驗證 137 
6.4 在共振導線陣列中基于時間反轉(zhuǎn)的遠場亞波長聚焦 140 
6.5 相關概念的推廣和聲學中的應用 145 
6.5.1 使用任意的亞波長諧振器進行遠程時間反轉(zhuǎn)的亞波長聚焦 145 
6.5.2 利用蘇打罐陣列以及時間反轉(zhuǎn)打破聲音的衍射極限 146 
6.6 結論 152 
參考文獻 153 
第7章 變換聲學和聲學成像中的各向異性超構材料 157 
7.1 引言 157 
7.2 阻斷聲波的各向異性超構材料 158 
7.3 聲學斗篷 161 
7.4 聲亞波長成像 167 
7.5 結論 178 
參考文獻 178 
第8章 變換聲學 183 
8.1 引言 183 
8.2 初始的想法：變換電磁學 184 
8.2.1 變換電磁學理論 185 
8.2.2 變換電磁可以擴展到其他類型的波嗎？ 186 
8.3 變換聲學 186 
8.3.1 變換聲學的簡明推導 186 
8.3.2 變換聲學對材料的一些初始評估 189 
8.4 應用實例 190 
8.4.1 聲束移位 190 
8.4.2 聲學隱身外殼 193 
8.5 制作變換聲學材料 196 
8.6 變換聲學的最新實驗結果 197 
8.7 相關的理論和啟示 198
8.8 總結 199 
參考文獻 199 
第9章 通過均質(zhì)化實現(xiàn)聲學隱身 202 
9.1 引言：聲學隱身斗篷 202 
9.2 一維流體-流體系統(tǒng)的動力學質(zhì)量各向異性 204 
9.3 二維聲學晶體的均質(zhì)化 206 
9.4 實施含聲學晶體的聲學隱身 210 
9.4.1 用聲學晶體工程實現(xiàn)超構流體 212 
9.4.2 利用溝槽結構實現(xiàn)超構流體 213 
9.5 實際制作聲學隱身斗篷時遇到的問題 216 
9.6 總結 218 
參考文獻 219 
第10章 等離子殼層聲學隱身斗篷 221 
10.1 引言 221 
10.1.1 概述 222 
10.2 理論公式和數(shù)值計算 223 
10.2.1 散射強度的定義與聲隱身的方法 225 
10.2.2 散射場的最小化 227 
10.3 等離子隱身和反諧振隱身 228 
10.3.1 固定剛性球體隱身 229 
10.3.2 可穿透流體球的隱身 231 
10.3.3 隱身各向同性的彈性球殼 235 
10.4 總結 240 
參考文獻 241 
第11章 對流體表面波和等離子體激元的隱身術 243 
11.1 引言 243 
11.2 流體表面波的聲學隱身 245 
11.2.1 從Navier-Stokes方程到亥姆霍茲方程 245 
11.2.2 通過均質(zhì)化獲取有效各向異性的剪切黏滯度 247 
11.2.3 LSW隱身物的數(shù)值計算 248 
11.2.4 LSW隱身的實驗測量 251 
11.3 光學偽裝的表面等離子體激元 251 
11.3.1 表面等離子體激元(SPP)簡介 251 
11.3.2 從變換光學到變換等離子體 254 
11.3.3 等離子體隱身的數(shù)值分析 255
11.3.4 等離子體隱身的實驗測量 258 
11.4 LSW和SPP隱身的結束語 260 
參考文獻 261 
第12章 變換彈性動力學及外部有源聲學隱身 264 
12.1 變換彈性動力學 265 
12.1.1 連續(xù)變換彈性動力學 266 
12.1.2 離散變換彈性動力學 268 
12.1.3 扭矩彈簧 269 
12.1.4 離散型網(wǎng)絡扭矩彈簧的同質(zhì)化 271 
12.2 外掛有源偽裝的準靜態(tài)定則 273 
12.2.1 外掛有源偽裝設計 273 
12.2.2 傳導率方程 274 
12.2.3 在零頻率附近的顯式多項式解 276 
12.2.4 擴展和應用 279 
12.3 外掛有源偽裝的亥姆霍茲方程 279 
12.3.1 格林公式偽裝 280 
12.3.2 外掛有源偽裝 281 
12.3.3 一組具有4個裝置的外掛斗篷系列 284 
12.3.4 數(shù)值實驗 285 
參考文獻 288 
英中文對照 292 
《現(xiàn)代聲學科學與技術叢書》已出版書目 295