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人们对周期结构材料的研究方兴未艾。晶体中的周期势使在其中传播的电子形成能带结构，同样，在人工微结构材料中传播的光子或声子也形成能带结构。在人工微结构材料中，不同物理参数的调制产生互异的物理性能。我们知道，非线性光学系数的调制对应着准位相匹配频率转换的应用；介电常数的调制对应着光子带隙的形成；声阻抗(声波相速度大小与材料密度的乘积)的调制对应着声子带隙的形成。如果人工微结构材料中的压电系数受到调制，则对应于哪种物理过程，产生哪些新的物理效应?本文以压电体超晶格为例，阐述其中电磁波与极性体超晶格振动模相耦合形成声子极化激元的过程及其新的物理性能。
极化激元因其奇特的性能和潜在的应用而倍受关注。它不但具有光子带隙，即通常所称的剩余辐射带，同时还存在群速度异常现象。压电体超晶格中，还会在此基础上产生一些新的物理现象。本文从理论与实验两个方面对压电体超晶格中的声子极化激元进行了研究，主要方法与结果如下：
一，研究方法：研究宏观物理现象时，涉及的是一些宏观物理量，研究压电体超晶格时也是这样，在不涉及微观效应时我们可将它作为连续介质来处理。从麦克斯韦方程、声场运动方程以及压电本构关系出发，我们在理论上揭示了压电体超晶格中传播的电磁波与超晶格振动的耦合形成声子极化激元的效应。采用平面波展开法、转移矩阵法以及解析法计算了压电体超晶格中声子极化激元的色散关系，这几种方法所获得的结果相互印证，同时它们各有所长，互补的结果为我们对这一物理效应的全面与深入的认识提供了充分的源泉。
二，压电体超晶格中声子极化激元的物理效应：1，压电体超晶格中，沿着垂直于界面方向的周期性压电调制导致了色散关系图中微小布里渊区的出现，产生声子折叠效应。正因为声子折叠效应才使得准动量守恒定律有可能得到满足。在色散关系图中表现为光子色散曲线能够与声学声子的折叠支相交，在交点处声子与光子具有相同的频率与波矢值。没有这种折叠效应或者是超晶格材料不具有压电效应，则光子都不可能与声学声子发生相互作用，产生声子极化激元。也正是因为压电体超晶格中声子极化激元的上述形成条件，不同于离子晶体中声子极化激元的形成条件，使它们有所区别。比如在色散关系中表现为压电体超晶格中的每一阶声子极化激元由三支曲线组成，形成两个分裂的带隙；而离子晶体中的声子极化激元由两支曲线组成，形成一个带隙。
2，离子晶体中的声子极化激元只能由横向光学声子与光子耦合形成，在压电体超晶格中，不但横向超晶格声子能够与光子耦合形成声子极化激元，而且还存在纵向超晶格声子与光子耦合形成的声子极化激元。在本质上，离子晶体中由晶格振动产生正负离子的电偶极矩，这一极化可以与电磁波相互作用，在固有振动频率处产生共振；而在压电体超晶格中，超晶格振动经由压电效应引起束缚电荷的电极化，其中横向电极化与电磁波相互作用。由于压电效应的各向异性，横超晶格振动与纵超晶格振动都可能引起横向电极化，这就是表现为出现纵声子能够与光子耦合形成声子极化激元的原因。我们在详细讨论这一微观机制的基础上，描绘出了压电体超晶格的电极化与电磁波的耦合模型。
3，从压电体超晶格中声子极化激元的复色散关系图可以看出，上带隙中的波矢值为纯虚数，而下带隙中的波矢值为复数，即既有实部又有虚部。无论波矢值是纯虚数还是复数，都是倏逝波的表征，意味着波的衰减。在上下带隙中间一段很窄的频率范围中，波矢值为实数，入射电磁波反射率的计算结果显示了在这一极窄频段存在谐振透射的有趣现象。
4，人工微结构能够根据实际应用的需要进行调制，可以对不同的物理量进行调制，结构可以是一维、二维或者三维，可以具有周期性、准周期性。可以对周期大小进行调节，如果应用薄膜制备的外延生长方法，比如分子束外延法等，能够制备出周期为纳米尺度的压电体超晶格，其声子极化激元也就处于远红外频段了。此外，声子极化激元的带隙大小也可以通过选用具有大的机电耦合系数的材料而得以展宽，如Pb(Zn1/3Nb2/3)O3：PbTiO3。在如此多的灵活性中，本文以一维周期结构和准周期结构为例进行了着重研究。在研究准周期压电体超晶格中的声子极化激元时，我们选取了调节灵活性比较大的推广型一维二组元准周期结构，目的在于观察结构的变化对压电体超晶格中声子极化激元在实际应用中灵活性的影响。
三，实验：本文中，实验上的压电体超晶格是基于周期极化的同成分钽酸锂晶体，由传统的提拉法晶体生长技术与极化技术实现，其调节周期在微米量级。采用对样品表面没有损伤的几种方法观测了超晶格的周期大小及电畴宽度，它们是扫描电子显微术、微波近场显微术以及压电扫描力显微术。通过微波吸收与介电测量，观测了压电体超晶格中的声子极化激元，实验与理论结果保持着很好的一致性。
四，应用：离子晶体中，晶格振动的固有振动频率约为1012～1013Hz，当外电场的频率接近和等于这一固有振动频率时，这一振动所伴随的电极化滞后于外电场的变化，产生弛豫效应，引起红外吸收现象。压电体超晶格的周期可以人工地在纳米、微米量级调节，对应的超晶格振动的固有振动频率也就处于109～1012Hz，因此，当外电场的频率接近和等于超晶格振动的固有振动频率时，产生弛豫而导致电磁吸收。也就是说，压电体超晶格中声子极化激元的频率位置可以在远红外与微波频率调节。微结构材料的先进加工技术，使压电体超晶格中声子极化激元的频率位置的调节变得相当灵活。