掺杂镧系元素的荧光上转换材料以反斯托克斯效应、化学性质稳定、发光带宽窄等独特性能,在发光器件、荧光传感、光学加密等方面获得广泛应用。但是上转换粒子极低的发光效率（小于1%）限制了其在工业产品中的直接应用。因此,如何提高材料的上转换效率,增强上转换荧光信号是目前纳米材料及光电子显示领域的重要研究课题,具有重要的科学研究价值及工业应用前景。生物光子晶体是指存在于某些生物体中具有光子带隙的周期性电介质纳米结构,例如蝴蝶翅膀、变色龙的皮肤、孔雀羽毛等。生物光子晶体的光子带隙、局域增强的电磁场及光子态密度等特征使其在生物传感、仿生材料、增强发光等方面具有重要的应用价值。特别与人工光子晶体相比,生物光子晶体以容易获得大面积光子晶体结构、价格低廉、纳米结构种类多样等优点,具有更重要的应用前景及研究意义。因此,本文主要研究利用蝴蝶翅膀的光子晶体结构操控荧光上转换粒子的发光。本文首先通过利用清洗法控制蝴蝶翅膀颜料多少的方法,实现蝴蝶翅膀光子带隙的调谐;然后制备荧光上转换粒子(NaYF₄:Yb³⁺,Er³⁺)/生物光子晶体杂化结构,并研究了生物光子晶体带隙的变化对上转换荧光的影响。结果表明:当光子晶体带隙分别与上转换荧光粒子的(NaYF₄:Yb³⁺,Er³⁺)跃迁通道重叠时,杂化结构会产生不同颜色的荧光;同时增强荧光的上转换效率高达73倍。本文还建立了所采用光子晶体的仿真模拟结构,计算了其光子带隙的变化、电磁场强度及光子态密度等参数对上转换荧光粒子辐射衰减率的影响。测量的时间分辨荧光光谱验证了仿真模型中提出的光子晶体带隙及近场电磁场特征与荧光上转换效率之间的关系。从理论及实验两方面证明了增强的光子态局部密度及颜料完美吸收效果是提高荧光上转换效率并实现不同荧光颜色的重要机理。本论文阐明了生物光子晶体与荧光上转换材料间的相互作用机理,增强了上转换荧光发光效率,为实现动态可调谐动态发光器件提供了新思路,对于生物纳米光子学的发展具有重要意义。