声学超构材料：负折射、成像、透镜和隐身

目录 
第1章 声学超构材料基础 1 
1.1 引言 1 
1.1.1 电磁超构材料和通过反应的隐身术 3 
1.1.2 声学超构材料和负折射率透镜 4 
1.1.3 基于局域谐振模型的电磁超构材料和声学超构材料的对应关系 5 
1.1.4 类比控制方程给出的电磁和声学超构材料的对应关系 7 
1.1.5 折射型斗篷：通过几何变换控制电磁场和弹性波场 9 
1.2 窄域谐振器的渐近模型：声学超构材料的弹簧质量模型 14 
1.3 复合材料的均质化 19 
1.3.1 高对比介电光子晶体的均质化 19 
1.3.2 人造各向异性 20 
1.3.3 人造磁性 20 
1.4 高对比声子晶体均一化方法 21 
1.4.1 均一化结果：各向异性剪切模量和色散密度 21 
1.4.2 多尺度分析 22 
1.4.3 在重缩放嵌入体中求解谱问题 25 
1.4.4 Zhikov函数和Floquet-Bloch图之间的对应关系 26 
1.4.5 色散等效参数和负折射 30 
1.5 高频均质化 32 
1.6 结论 37 
参考文献 37 
第2章 低频表面波禁带相关应用中的局域谐振结构 41 
2.1 引言 42 
2.2 模型与计算方法 43 
2.3 结果与讨论 45 
2.3.1 局域谐振表面导波模式的能带图 45 
2.3.2 局域谐振表面导波模式的声波透射 47 
2.3.3 局域谐振表面声禁带的晶格对称效应 51 
2.3.4 结论 53 
参考文献 53
第3章 预应力结构的禁带特性 55 
3.1 引言 55 
3.2 基于弹簧模型的周期梁禁带分析 56 
3.2.1 色散图和禁带频移 58 
3.3 禁带局域缺陷模 59 
3.4 拉伸预应力周期板 61 
3.5 准周期梁结构中的禁带和自相似性 67 
3.5.1 色散图以及通带禁带分布 69 
3.5.2 预应力效应 72 
参考文献 74 
第4章 周期性穿孔板结构的超声透射特性 77 
4.1 引言 78 
4.1.1 均匀板 78 
4.2 研究背景 79 
4.2.1 单孔情况 80 
4.3 周期穿孔板理论 85 
4.3.1 几何关系 85 
4.3.2 刚性固体理论 87 
4.4 实验装置 91 
4.5 结果 92 
4.6 总结和结论 100 
参考文献 101 
第5章 新型超声成像之应用 107 
5.1 引言 107 
5.2 成像问题 111 
5.2.1 衍射极限 112 
5.3 声散射以及远场算符 113 
5.3.1 玻恩近似 114 
5.3.2 分解远场算符T1 114 
5.4 波数形成和衍射断层成像 116 
5.5 亚波长成像 119 
5.5.1 含噪声测量结果的信息容量 119 
5.6 非线性逆散射 122 
5.6.1 取样方法 123 
5.7 实验结果 124
5.8 结论 127 
参考文献 127 
第6章 超构材料中利用远场时间反转实现亚波长聚焦 131 
6.1 引言 132 
6.2 时间反转聚焦的基本原理 133 
6.3 电磁波的时间反转以及远场亚波长聚焦 136 
6.3.1 基本原理 136 
6.3.2 通过远场TR方法进行亚波长聚焦的实验验证 137 
6.4 在共振导线阵列中基于时间反转的远场亚波长聚焦 140 
6.5 相关概念的推广和声学中的应用 145 
6.5.1 使用任意的亚波长谐振器进行远程时间反转的亚波长聚焦 145 
6.5.2 利用苏打罐阵列以及时间反转打破声音的衍射极限 146 
6.6 结论 152 
参考文献 153 
第7章 变换声学和声学成像中的各向异性超构材料 157 
7.1 引言 157 
7.2 阻断声波的各向异性超构材料 158 
7.3 声学斗篷 161 
7.4 声亚波长成像 167 
7.5 结论 178 
参考文献 178 
第8章 变换声学 183 
8.1 引言 183 
8.2 初始的想法：变换电磁学 184 
8.2.1 变换电磁学理论 185 
8.2.2 变换电磁可以扩展到其他类型的波吗？ 186 
8.3 变换声学 186 
8.3.1 变换声学的简明推导 186 
8.3.2 变换声学对材料的一些初始评估 189 
8.4 应用实例 190 
8.4.1 声束移位 190 
8.4.2 声学隐身外壳 193 
8.5 制作变换声学材料 196 
8.6 变换声学的最新实验结果 197 
8.7 相关的理论和启示 198
8.8 总结 199 
参考文献 199 
第9章 通过均质化实现声学隐身 202 
9.1 引言：声学隐身斗篷 202 
9.2 一维流体-流体系统的动力学质量各向异性 204 
9.3 二维声学晶体的均质化 206 
9.4 实施含声学晶体的声学隐身 210 
9.4.1 用声学晶体工程实现超构流体 212 
9.4.2 利用沟槽结构实现超构流体 213 
9.5 实际制作声学隐身斗篷时遇到的问题 216 
9.6 总结 218 
参考文献 219 
第10章 等离子壳层声学隐身斗篷 221 
10.1 引言 221 
10.1.1 概述 222 
10.2 理论公式和数值计算 223 
10.2.1 散射强度的定义与声隐身的方法 225 
10.2.2 散射场的最小化 227 
10.3 等离子隐身和反谐振隐身 228 
10.3.1 固定刚性球体隐身 229 
10.3.2 可穿透流体球的隐身 231 
10.3.3 隐身各向同性的弹性球壳 235 
10.4 总结 240 
参考文献 241 
第11章 对流体表面波和等离子体激元的隐身术 243 
11.1 引言 243 
11.2 流体表面波的声学隐身 245 
11.2.1 从Navier-Stokes方程到亥姆霍兹方程 245 
11.2.2 通过均质化获取有效各向异性的剪切黏滞度 247 
11.2.3 LSW隐身物的数值计算 248 
11.2.4 LSW隐身的实验测量 251 
11.3 光学伪装的表面等离子体激元 251 
11.3.1 表面等离子体激元(SPP)简介 251 
11.3.2 从变换光学到变换等离子体 254 
11.3.3 等离子体隐身的数值分析 255
11.3.4 等离子体隐身的实验测量 258 
11.4 LSW和SPP隐身的结束语 260 
参考文献 261 
第12章 变换弹性动力学及外部有源声学隐身 264 
12.1 变换弹性动力学 265 
12.1.1 连续变换弹性动力学 266 
12.1.2 离散变换弹性动力学 268 
12.1.3 扭矩弹簧 269 
12.1.4 离散型网络扭矩弹簧的同质化 271 
12.2 外挂有源伪装的准静态定则 273 
12.2.1 外挂有源伪装设计 273 
12.2.2 传导率方程 274 
12.2.3 在零频率附近的显式多项式解 276 
12.2.4 扩展和应用 279 
12.3 外挂有源伪装的亥姆霍兹方程 279 
12.3.1 格林公式伪装 280 
12.3.2 外挂有源伪装 281 
12.3.3 一组具有4个装置的外挂斗篷系列 284 
12.3.4 数值实验 285 
参考文献 288 
英中文对照 292 
《现代声学科学与技术丛书》已出版书目 295