21世紀是光子學的時代，駕馭光是改變生活的技術的關鍵，從能源到安全，從生物技術到低成本精密制造，從高速互聯(lián)網到量子級信息處理，從集成電路制造、照明、醫(yī)療保健及生命科學到航天、國防和汽車領域，許多重要行業(yè)都同樣依賴于對光的基本掌控。未來的技術需要更為先進的光子集成度和能源效率，遠遠超過體光學元件、目前的硅光子學，甚至是創(chuàng)新的等離子體光子電路。這種集成度可以通過在材料層而非芯片層中嵌入數據處理和波導功能來實現，應對這些挑戰(zhàn)唯一可能的解決方案就是采用最近興起的超材料概念。
　　超材料是在亞波長尺度上構造的人工電磁介質；它們最初應用于負折射率材料及超透鏡，但很快就成為工程電磁空間及通過轉換光學控制波傳播的范例。目前的研究議程主要注重如何實現新一代超器件，它定義為基于超材料的裝置及結構，通過在亞波長尺度上構造功能性物質來獲得新式實用功能。
　　通過設計亞波長結構材料，在超材料和超器件領域開辟了從集中于亞波長到控制電磁波的獨特能力等技術上的重要功能。超材料的研究已成為物理學和工程學的全新領域，現在正迅速引起全球的關注。超材料不僅在實際應用及設備方面提供了全新的可能性，還展現出挑戰(zhàn)基本物理概念的未知和有趣特性；在現實生活中，使用超材料的主要障礙是它們對電磁波的吸收和狹窄的工作頻帶。而非線性、可調、有源超材料將解決這些問題，并促成實際應用。
　　對于現代物理學的幾乎所有領域，包括從量子光學到電子工程等，非線性現象都是至關重要的，它還解決了從基礎理論研究到實際工程應用的一系列問題。電子學中使用的非線性效應，可由眾多裝置通過半導體提供。在光學中，非線性源于弱非線性原子響應，關鍵問題始終與觀察有用效應所需的相對較高的功率有關；而能夠處理強非線性響應的電子設備速度有局限性。非線性效應的研究在過去10年間蓬勃發(fā)展的超材料研究中，引起了極大的關注，這一點不足為奇。超材料是人工結構，其中一些特定設計元件在宏觀尺度下扮演原子的角色。在設計和組合材料特性方面，超材料提供了巨大的可能性，經�？梢赃_到自然界中無法企及的現象，因此特別適合引入非線性。超材料范例的優(yōu)勢必將對整個非線性光學領域產生顯著影響：一方面為典型問題提供新穎的解決方案：另一方面帶來新現象和應用。
　　本書旨在介紹不同頻率范圍內（包括微波、太赫茲和光學）高級可調諧、非線性、有源超材料和超器件的理論、數值和實驗方面的專業(yè)知識，從而統(tǒng)一這些不同且不斷發(fā)展的基本概念。具體來說，本書闡述了創(chuàng)建超材料并實現其可調諧性的主要方法，并介紹了非線性、可調諧、有源超材料的最新成果，這有望為諸如高效變頻器、功率限制器及參量放大器等具有實際應用價值的未來光學超器件創(chuàng)造條件。特別是，作者討論了在所有頻率范圍內動態(tài)操縱電磁超材料的方法。
　　本書的作者是超材料領域的領先專家，他們促進了結構材料的基礎物理學的發(fā)展，并促進了對理論上預測的許多效應的關鍵性實驗觀察。本書面向對電磁波傳播基礎知識有一定了解的讀者，尤其是年輕的、杰出的科學家，以及研究團隊中具有實驗和理論方面專業(yè)知識的科學家。本書將闡述有關超材料設計的基本原理、均質化過程、波傳播、非線性現象以及計算方面的論點，最重要的是找出應用明顯不同的物理原理情況下的共同點。
　　值得一提的是，本書討論了非線性波和局域激發(fā)的基本特性，并展示了對非線性波和局域激發(fā)的控制，包括左手傳輸線中的非線性效應、磁致彈性相互作用、超導量子超材料、可調諧液晶基結構以及超材料結構中誘導非線性磁響應的新型非線性效應的可能性，尤其闡述了非線性和線性模式之間的相互作用，這會導致許多有趣的共振散射和俘獲效應，以及對超材料參數的主動控制。我們相信，來自各子領域的實驗者和理論家共同協(xié)作，必將促進各研究領域取得豐碩成果。
　　匯編如此多的優(yōu)秀文獻資料，本書的作者們同樣功不可沒。在此，我們也感謝所有作者呈現的出色文章，以及一直以來對編輯工作的大力支持。