超构材料是目前的一个研究热点,尤其是近十年来,随着材料科学的发展以及微加工技术的成熟,使人们能够在非常微小的尺度上对材料进行加工和设计。因此,诞生了超构材料这一全新的研究领域。超构材料的出现,使人们能够自由的设计材料的原胞结构,从而实现了许多自然界材料不能实现的性质,比如负折射,反向多普勒效应,反向谐波激发等等,使人们对材料科学的认识上升到了一个全新的高度。声学超构材料的研究是随着电磁超构材料的研究和发展而兴起的,将电磁超构材料的研究方法类比到声学领域,便诞生了声学超构材料。最初对声学超构材料的研究是在线性声学范围内的,随着研究的深入,人们将声学超构材料的研究拓展到非线性声学领域,从而诞生了非线性声学超构材料。由于材料性质与边界条件是决定声波存在方式的两个最重要的因素,对于材料性质的研究启发了人们对边界条件条件的思考,由此诞生了超构表面的研究。本文介绍了作者在硕士研究生阶段在声学超构材料领域的一些研究工作,作者的研究过程基本与超构材料的发展规律相符合,首先是对线性声学超构材料的研究,然后将研究拓展到非线性声学超构材料,最后是对声学超构表面的研究。全文的安排如下：第一章,我们回顾了超构材料的研究背景,其发展历程以及这一研究领域目前的研究状况。第二章,我们在声波导管中周期的级联上开孔小管以及周期振动薄板,利用这种结构来同时实现负体积模量以及负密度,并且通过等效媒质理论以及传输矩阵理论解释了其产生负体积模量以及负密度的物理机理。分析结果显示,在低于由周期性振动薄板决定的临界频率时,此结构显示出左手特性,也就是体积模量与密度同时为负。在高于由周期性开孔小管决定的临界频率时,此结构显示出右手特性,也就是体积模量与密度同时为正。当频率落在由周期性开孔小管决定的临界频率与由周期性振动薄板决定的临界频率之间时,声波不能在此结构中有效传播,随着距离的增加,以指数方式迅速衰减。并且,我们将其拓展到大振幅声波的非线性情况中,在此结构中获得了反向激发的二次谐波。第三章,沿袭了第二章对非线性声超构材料的研究。我们知道,在光学超晶格结构中,利用传统的准相位匹配方法可以获得高效的二次谐波,和频以及差频的非线性激发。虽然这一方法可以被应用到声学领域,但是拥有负的非线性参数的声学材料并不常见,这将限制非线性声学超构材料的应用。而且,准相位匹配技术在非线性声学超构材料中的研究并不成熟。在这项工作中,我们利用声学超构材料中的非线性互补媒质提出了一种新的准相位匹配方法来获得高效反向二次谐波的激发。与传统方法相比,这一方法能够被应用在很宽的频率范围,并且能够同时应用在声波和电磁波中。第四章,我们将研究拓展到声超构表面。由于辐射图案控制的潜在应用,对其研究引起了广泛的兴趣。我们利用了中间留有一条细缝的两块刻有周期二维亥姆霍兹共鸣器的铁块,实现了高效的准偶极子辐射,并且其指向性能够保持在很宽的频段内。对铁块表面结构的优化设计,改变了其等效声阻抗率,从而获得了具有指向性的声波辐射效果,其物理机理是对不同方向的波失的裁剪,其高辐射效率是由于Fabry-Perot共振与中心细缝的波导模式相耦合而引起的。并且,我们提供了一种实现没有旁瓣的准直声束的方法,这一研究将给声学器件的设计带来潜在的应用价值。第五章,我们对全文进行了回顾,并对后续工作做了适当的展望。总之,随着科学的不断发展和进步,将促进声学领域的发展,声学超构材料作为声学研究的一个全新领域,将会出现越来越多新奇的现象。