在过去二十年中,声学人工结构的研究引起了科学界的广泛兴趣。人工结构主要包括声子晶体,超常材料及表面结构三种。一方面,人工结构能展现出许多新奇的物理特性,比如负折射效应；另一方面,利用人工结构能有效调控声波的传播,从而实现诸如成像及隐身等重要功能。目前为止所研究的声学人工结构主要涉及到周期性结构,它们的内在性质可由能带理论进行分析和描述。本文基于周期性人工结构的理论基础,研究了几种新型的扩展型声学人工结构,包括梯度表面结构、准晶结构板、无序波导结构、超薄结构板及时域声子晶体结构中声波的奇异传输性能。具体内容包括以下五点：1.梯度表面结构实现结构表面波的聚焦设计并制备了一种刻有二维小孔阵列的表面结构,小孔的半径沿+y和-y两个方向逐渐减小,使表面结构在相应方向具有了梯度的折射率分布。当结构表面波被激发并沿x方向传播时,折射率的横向梯度分布会促使其向中轴线聚焦。结果表明,在结构表面波能被有效激发的较宽频率范围内,都能实现较好的聚焦效果。与体波相比较而言,表面波器件具有局域性好、焦斑宽度窄等优点,因而在波束压缩及高分辨成像等领域具有广泛应用前景。2.准晶板的聚焦及成像效应研究设计制备了一块刻有准周期小孔阵列结构的金属薄板,实现了平面波或点声源的声波聚焦及成像效应。当平面波或点源从准晶板一侧入射时,在薄板另一侧衰势场以外的区域都能实验观察到亚波长焦斑的形成。结合角谱法的分析发现,实验中的亚波长焦斑并非来自衰势波的作用,而是准晶阵列特有的衍射支干涉的结果。另外,这一结构还能实现移动点源的高分辨成像效应。该平板结构克服了传统透镜的曲线抛物面形状,从实用方面而言,更易于制造和使用。该工作有望促进声学远场亚波长成像的研究发展。3.声学波导阵列中的离散衍射及Anderson局域设计了一种一维耦合波导阵列,在单模态及弱耦合近似下,波导阵列中的声波传播特性可由离散耦合模式理论描述,从而使体系波动方程得到大大简化。波导阵列的传播轴z轴相当于量子体系中的时间轴,因此,利用这一宏观的声学体系能观察到许多量子体系中不容易观察到的奇特物理现象。相邻波导间的耦合系数是波导阵列最重要的性能参数,实验中可通过改变波导距离的简单方式进行调节。对于周期波导阵列,声波入射后会形成两束向斜前方前进的衍射支。这一现象被称作离散衍射,是由阵列中的Bloch模式相干造成的。而对于无序波导阵列,声波入射后会发生横向的Anderson局域现象。无序度越高,声波的局域性越好。4.薄板中弯曲波的低频共振特性研究将多重散射理论推广到薄板弯曲波系统,有效计算了共振及非共振型薄板晶体的能带结构。薄板波动方程为四阶微分方程,其低频极限下的色散关系并非线性的,而是抛物线型的。对于共振系统的研究表明,0阶共振能在低频段产生一个禁带,禁带频段内系统的有效质量密度为负值。经过优化设计,本文还提出了一种三组元系统,能在低频段产生负折射带。分析发现,这一负折射带起源于0阶和1阶共振的耦合,并对应了负的有效质量密度和负的有效抗弯系数。5.时域声子晶体实现声波的频率转换研究了时域声子晶体的频率转换效应。时域声子晶体是指介质的密度和弹性模量随时间周期变化的复合结构。实验中通过让声源与探测器之间的介质（按区域装着空气和二氧化碳的转筒结构）以一定的速度转动,使该介质中空气和二氧化碳的体积比变化,从而实现了介质性质随时间的周期性变化。研究发现,当单频声波入射后能观察到多频转换效应。频率转换间隔可通过改变转筒转速进行调节。与传统的频率转换效应不同,本设计并不涉及任何的强外场及材料非线性效应。