光子晶体于1987年第一次被提出,不同的介质周期性排列而形成光子晶体结构,这种结构能够形成光子带隙而调控光的传播。研究表明,影响光子晶体的光学性能的因素主要有两个:光子晶体的结构和组分折射率比。不同的结构拥有完全不一样的光学性能,而在结构相同的条件下,组成光子晶体介质的折射率之比越大,此光子晶体能够产生更宽的光子带隙。目前合成光子晶体的方法主要有纳米蚀刻等自上而下和蛋白石模板法等自下而上的方法。这些方法虽然能够有效合成出光子晶体结构,但是结构类型比较受限,通常只能得到一维、二维和反蛋白石等结构。反观自然,动植物中存在丰富的精细光子晶体结构,这些结构通常很难通过人工方法获得。以这些天然光子晶体结构为模板有望合成出人工方法无法获得的新结构。并且,由于这些天然光子晶体结构在组成成分上相似,一种新合成路径也可适用于其他天然光子晶体模板。锗作为常见物质中折射率最高的物质一直是光子晶体领域研究的热点。然而,目前少有关于以锗复制天然光子晶体结构的报导。这主要是因为大部分锗的化合物易水解,通常需要在保护气氛下操作,且锗的合成过程相对于生物模板来说过于复杂。本研究以异型紫斑蝶的前翅为模板,采用简易的液相沉积法成功合成出锗蝶翅光子晶体,并对其光学性能开展了研究。主要成果如下:1.通过设计并优化活化过程、液相沉积过程、烧结过程和还原过程的工艺参数,建立了用于合成锗蝶翅光子晶体的简易液相沉积方法。合成的锗蝶翅光子晶体完好地保存了蝶翅的鳞片形貌和鳞片上脊与肋组成的窗口化结构。2.详细研究并分析了合成的锗蝶翅光子晶体的光学性能。研究表明:原始蝶翅的反射峰约为397 nm,烧结后GeO₂样品的反射峰红移到600⁶50 nm,而还原后Ge样品的反射峰红移到了700⁸00 nm。从原始蝶翅到烧结后GeO₂样品,其发射峰的变化主要是因为成分的变化和约50%的结构收缩。从烧结后GeO₂样品到还原后Ge样品,反射峰的变化则主要由成分变化导致的折射率变化所引起。此外,锗蝶翅光子晶体结构具有各向异性的光学性能,随着入射角度的增大,其反射峰不断红移,而这种现象主要与锗蝶翅光子晶体结构的各向异性有关。3.正相复制能够有效复制天然光子晶体结构且目前已有较为系统的研究,而反相复制的探索比较少。本研究采用与正相复制类似的合成路径进行反相蝶翅光子晶体复制研究。该方法成功反相复制了蝶翅鳞片中脊和肋组成的窗口化结构,且脊上的微结构也得到了保存,这将为合成高折射率光子晶体提供新的思路,进一步丰富其结构类型。4.天然光子晶体的组成成分相似,通常为纤维素、甲壳素或者蛋白质,因此该液相沉积方法将适用于其他天然光子晶体模板。本文详细研究并分析了该液相沉积方法,为将该合成方法移植到其他生物模板提供了理论依据。