《光學和聲學超材料與超表面》是2022年科學出版社出版的圖書。從光學和聲學超材料與超表面的概念出發，依據局域共振原理，採用仿生設計模型系統介紹了作者課題組近二十年在光學和聲學超材料與超表面材料及器件等方面的研究工作。
基本介紹
- 中文名：光學和聲學超材料與超表面
- 作者：趙曉鵬、丁昌林
- 出版社：科學出版社
- 出版時間：2022年5月1日
- 頁數：641 頁
- 定價：299.00 元
- 裝幀：圓脊精裝
- ISBN：9787030720795
內容簡介,圖書目錄,
內容簡介
光學和聲學超材料與超表面中波的行為，在信息傳輸，網路、光和聲的調控等領域都有許多潛在套用，在國內外得到廣泛研究。本書從光學和聲學超材料與超表面的概念出發，依據局域共振原理，採用仿生設計模型系統介紹了作者課題組近二十年在光學和聲學超材料與超表面材料及器件等方面的研究工作。總結和探討了自下向上組裝的光學超材料和超表面結構單元、樹枝狀結構與材料性能的內在聯繫及變化規律，為研製高性能光學超材料和超表面提供了新方法。基於聲學超原子和超分子模型介紹了負質量密度、負彈性模量、雙負聲學超材料與超表面；超原子簇和超分子簇產生的多頻與寬頻聲學超材料及超表面。另外，本書還從理論和實驗介紹了窄帶、多帶與寬頻超材料完全吸聲器，水介質中超聲超材料、拓撲聲學超材料。
圖書目錄
前言
上篇 由下向上製備光學超材料與超表面
第1章 光學超材料與超表面概述 3
1.1 光學超材料設計 3
1.2 光學超材料新物理特性 5
1.2.1 負折射效應 5
1.2.2 完美成像超稜鏡 8
1.2.3 光學隱身斗篷 9
1.3 光學超材料製備 11
1.3.1 “自上而下”刻蝕技術 11
1.3.2 “自下而上”電化學方法 13
1.4 光學超表面 14
1.4.1 光學超表面設計原理 14
1.4.2 光學超表面特徵 16
1.5 光學超表面實現 17
1.5.1 Pancharatnam-Berry相位不連續 17
1.5.2 間隙模式引起的相位不連續 18
1.5.3 惠更斯超表面 19
1.5.4 超透射陣列超表面 19
1.5.5 雙層光學超表面 20
1.6 光學超表面套用 21
1.6.1 光束偏轉器與超透鏡 21
1.6.2 光學偏振控制器 23
1.6.3 消色差光學超表面 25
1.7 光學超表面的問題與展望 26
1.7.1 超表面中的損耗 26
1.7.2 光學超表面展望 26
參考文獻 27
第2章 樹枝結構紅外和可見光超材料 38
2.1 雙模板法製備樹枝結構超材料 38
2.1.1 製備流程 38
2.1.2 周期性多孔氧化鋅模板製備 39
2.1.3 紅外銀樹枝結構超材料 42
2.1.4 紅外銀樹枝結構性質 48
2.1.5 可見光銀樹枝結構性質 51
2.2 電沉積法製備銅樹枝結構超材料 55
2.2.1 紅外銅樹枝負磁導率材料 55
2.2.2 紅外銅樹枝結構超材料 64
2.3 電沉積法製備銀樹枝超材料 69
2.3.1 點電極電沉積法 69
2.3.2 平板電極電沉積法 76
2.4 紅外樹枝結構超材料 90
2.4.1 製備流程 90
2.4.2 結果與討論 93
2.5 可見光樹枝結構超材料 99
2.5.1 實驗製備 99
2.5.2 結果與討論 101
2.6 空間光譜分離現象 103
2.6.1 緒言 103
2.6.2 超材料楔形光波導製備 103
2.6.3 楔形光波導結果與討論 104
2.6.4 普通楔形光波導製備與測試 106
2.7 柔性基底樹枝結構超材料 107
2.7.1 柔性基底樹枝超材料製備 107
2.7.2 光學特性測試 110
參考文獻 112
第3章 準周期漁網結構超材料 118
3.1 引言 118
3.2 理論和仿真分析 119
3.2.1 理論模型 119
3.2.2 仿真計算S參數 120
3.2.3 反演計算有效介質參數 121
3.2.4 非對稱引起的損耗 123
3.2.5 摻雜增益介質降低損耗 124
3.3 金屬銀雙漁網結構製備 125
3.3.1 製備流程 125
3.3.2 二維PS膠體晶體製備 126
3.3.3 金屬銀格線結構製備 132
3.3.4 雙漁網結構製備與表征 138
3.4 雙漁網結構光學性質 139
3.4.1 樣品可見光透射譜 139
3.4.2 等效介質參數 140
3.4.3 透射增強現象 142
3.4.4 RhB物理機理 144
3.5 超材料吸收器 146
3.5.1 銀格線吸收器 146
3.5.2 折射率感測器 148
3.5.3 雙漁網結構多頻吸收器模型 150
3.5.4 樹枝超材料吸收器 152
參考文獻 159
第4章 納米顆粒組裝超材料 163
4.1 引言 163
4.2 銀樹枝狀顆粒單層組裝超材料 163
4.2.1 製備流程 163
4.2.2 製備方法 164
4.2.3 超材料透射性質 170
4.2.4 超材料平板聚焦 171
4.3 銀樹枝顆粒多層組裝三維超材料 174
4.3.1 製備工藝流程 174
4.3.2 製備方法與表征 174
4.3.3 可見光透射特性 180
4.3.4 平板聚焦效應 181
4.4 樹枝狀金納米顆粒組裝超材料 183
4.4.1 樣品製備及形貌表征 183
4.4.2 光透射特性 184
4.4.3 平板聚焦 185
4.5 花朵形銀納米顆粒超材料 186
4.5.1 樣品製備 186
4.5.2 透射性質 189
4.5.3 平板聚焦 190
4.6 樹枝狀PAMAM與銀納米顆粒複合物 191
4.6.1 PAMAM基銀複合物超材料 191
4.6.2 PAMAM基納米銀薄膜微觀結構 198
4.6.3 聚焦結果 201
4.6.4 PAMAM納米銀薄膜光自旋霍爾效應 202
4.7 其他形貌銀顆粒 206
4.7.1 F127保護劑製備樹枝狀銀微米粒子 206
4.7.2 片狀銀納米粒子製備 206
4.7.3 多孔狀銀微米粒子 208
參考文獻 209
第5章 拓撲結構超材料 211
5.1 引言 211
5.2 超簇結構設計及仿真結果 211
5.2.1 結構模型 211
5.2.2 紅光波段光學回響 213
5.2.3 綠光波段光學回響 220
5.2.4 準周期超材料結構設計 221
5.3 球刺狀超材料性質 223
5.3.1 樣品的製備及表征 223
5.3.2 樣品透射性質 230
5.4 球刺狀超材料光學性能 233
5.4.1 負折射測試 233
5.4.2 位移 237
5.4.3 彩虹捕獲效應 244
5.4.4 反常都卜勒效應 249
參考文獻 258
第6章 樹枝結構超表面 263
6.1 引言 263
6.2 樹枝超表面製備 264
6.2.1 製備流程 264
6.2.2 單層銀樹枝超表面 264
6.2.3 雙層銀樹枝超表面 269
6.3 樹枝超表面性質 271
6.3.1 紅外波段超表面 271
6.3.2 可見光波段超表面 274
6.3.3 超表面聚焦效應測試 279
6.4 可見光波段超表面操控微分運算 283
6.4.1 設計原理 284
6.4.2 微分性質仿真計算 287
6.4.3 微分性質實驗測試 288
參考文獻 292
第7章 超表面反常光學行為 296
7.1 樹枝超表面反常GH位移 296
7.1.1 GH位移與負GH位移 296
7.1.2 GH位移測量 297
7.2 樹枝超表面彩虹捕獲效應 301
7.2.1 彩虹捕獲概念 301
7.2.2 超表面楔形波導實現彩虹捕獲 302
7.2.3 楔形波導出射光功率 306
7.3 超表面偏振轉換 308
7.3.1 樹枝單元結構與模擬 308
7.3.2 超表面偏振轉換實驗 312
7.3.3 反射模式超表面偏振轉換 316
7.4 準周期樹枝簇集超表面反常光自旋霍爾效應 321
7.4.1 光自旋霍爾效應概論 321
7.4.2 準周期樹枝簇集超表面設計與製備 324
7.4.3 超表面反常光自旋霍爾效應實驗 329
參考文獻 333
下篇 超原子和超分子構築聲學超材料與超表面
第8章 聲學超材料與超表面概述 339
8.1 聲學超材料 339
8.2 負參數聲學超材料 340
8.2.1 負質量密度 340
8.2.2 負彈性模量 343
8.2.3 雙負聲學超材料 346
8.3 聲學超材料的新物理特性 349
8.3.1 負折射及聚焦 349
8.3.2 倏逝波放大及亞波長成像 351
8.3.3 完美聲吸收 354
8.3.4 反常都卜勒效應 355
8.3.5 變換聲學及隱身斗篷 356
8.3.6 聲反常透射和聲波準直器件 359
8.3.7 聲學超材料其他套用 360
8.4 聲學超表面 363
8.4.1 反常反射現象 363
8.4.2 反常透射現象 366
8.4.3 平板超稜鏡 368
8.4.4 其他奇異效應 370
參考文獻 371
第9章 聲學超原子模型 380
9.1 引言 380
9.2 負彈性模量超原子 381
9.2.1 模型 381
9.2.2 一維負彈性模量聲學超材料 383
9.2.3 二維負彈性模量聲學超材料 392
9.3 負質量密度超原子 399
9.3.1 模型分析 399
9.3.2 負質量密度超材料 401
9.4 雙負超原子複合超材料 406
參考文獻 410
第10章 超分子聲學超材料 414
10.1 引言 414
10.2 超分子模型 415
10.3 低頻超分子雙負聲學超材料 416
10.3.1 實驗測試 416
10.3.2 等效模量計算 418
10.3.3 平板聚焦效應 419
10.3.4 亞波長超分辨成像效應 422
10.4 高頻超分子雙負聲學超材料 423
10.4.1 樣品製備 423
10.4.2 實驗測試及結果分析 425
10.4.3 等效參數 427
10.4.4 負折射實驗 429
10.4.5 平板聚焦效應 430
10.4.6 反常都卜勒效應 431
參考文獻 434
第11章 超原子簇與超分子簇聲學超材料 437
11.1 引言 437
11.2 負彈性模量超原子簇超材料 437
11.2.1 開口空心球超材料性質 437
11.2.2 多頻與寬頻負彈性模量超材料 445
11.2.3 多層結構的多頻超材料 452
11.2.4 對開口空心球寬頻超材料 458
11.3 負質量密度超原子簇超材料 464
11.3.1 單頻聲學超材料 464
11.3.2 寬頻聲學超材料 468
11.3.3 反常都卜勒效應 474
11.4 超分子簇雙負聲學超材料 476
11.4.1 基於不同管長的寬頻超材料 476
11.4.2 基於不同側孔口徑的寬頻超材料 480
11.4.3 兩種調製方式組合的寬頻效應 483
11.5 超分子簇集寬頻超材料 484
11.5.1 理論模型 485
11.5.2 透反射性質 487
11.5.3 負折射實驗驗證 490
11.5.4 反常都卜勒效應 492
參考文獻 497
第12章 管樂器的反常都卜勒效應 500
12.1 引言 500
12.2 豎笛反常都卜勒效應與負折射特性 501
12.2.1 都卜勒效應理論 501
12.2.2 豎笛實驗裝置及測試 501
12.2.3 結果與討論 502
12.3 橫笛反常都卜勒效應與負折射特性 507
12.3.1 實驗裝置及測試 507
12.3.2 結果與討論 507
12.4 單簧管反常都卜勒效應與負折射特性 510
12.5 其他管樂器的行為 512
參考文獻 513
第13章 水介質中超聲超材料 516
13.1 引言 516
13.2 負質量密度水聲超材料 518
13.2.1 模型分析與證明 518
13.2.2 樣品製備與測試 520
13.2.3 結果與討論 523
13.3 雙負水聲超材料 528
13.3.1 模型設計與理論分析 528
13.3.2 樣品製備與實驗裝置 530
13.3.3 結果與討論 531
參考文獻 536
第14章 聲學超表面 538
14.1 引言 538
14.2 基於超原子結構的聲學超表面 539
14.2.1 聲學超表面基本理論 539
14.2.2 開口空心球聲學超表面 540
14.2.3 雙開口空心球聲學超表面 544
14.2.4 對開口空心球聲學超表面 553
14.3 超分子結構聲學超表面 558
14.3.1 開口空心管聲學超表面 558
14.3.2 超分子結構寬頻聲學超表面 563
參考文獻 567
第15章 拓撲聲學超材料 569
15.1 引言 569
15.2 超原子聲學拓撲超材料 570
15.2.1 空心管聲學拓撲絕緣體 570
15.2.2 空心管聲學谷拓撲絕緣體 580
15.2.3 開口環(球)聲學谷拓撲絕緣體 585
15.3 超分子聲學拓撲超材料 592
15.3.1 可重構拓撲相變聲學超材料 592
15.3.2 超分子谷拓撲絕緣體 604
15.4 多頻聲學谷霍爾拓撲絕緣體 607
15.4.1 拓撲晶格設計 607
15.4.2 能帶分析和拓撲相變 608
15.4.3 單一結構調節研究 609
15.4.4 能帶色散可調和拓撲邊緣態傳輸 610
15.4.5 實驗驗證 613
參考文獻 615
附錄 619
