生物结构色及人工构色研究

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当周期性结构产生的光子禁带位于可见光波段时,由于禁带对应波长范围的光在结构中无法传播,形成反射增强,该结构可呈现禁带对应波长范围的颜色。如果在可见光波段有多个源于禁带或者其他因素的反射峰,将会呈现混合色现象。 在生物界中,颜色的形成主要有两种来源,色素和结构色,在昆虫和鸟类身上发现的很多明亮耀眼、五彩斑斓的颜色很多都是结构色,机理有薄膜干涉、衍射、散射以及结构更为复杂的光子晶体。 第一章中,介绍了颜色的基本知识,概述了光子晶体和生物体结构色的背景知识和主要研究进展。 第二章中,介绍了光子晶体的常用理论计算方法,重点介绍了平面波展开法和传输矩阵法;还介绍了色度学中利用三刺激值函数计算RGB值的计算方法。 第三章中,研究了孔雀尾羽眼斑的颜色产生机理。我们发现颜色是由小羽支表皮处的两维光子晶体结构产生的。孔雀通过改变二维光子晶体结构的晶格常数来控制禁带即主要反射峰的位置,通过控制周期数目来增强法布里-珀罗干涉峰的影响强度,造就棕色混合色。 第四章中,我们研究了鸽子颈部绿色和紫色羽毛的虹彩现象。结构和光谱说明两种羽毛的虹彩现象是由角蛋白表皮的干涉效应造成的。我们还进行了偏振对颜色影响的理论分析,发现羽毛随不同观察角度的颜色和亮度变化都与偏振有关,其中p波的布鲁斯特角对颜色起着重要的作用。 第五章中,基于孔雀尾羽二维光子晶体结构模型,继续深入的研究了棕色的构成机理以及各种结构变化因素对颜色合成的影响。进而,我们还简要讨论了一维、简单二维和三维的情况。这将对人工合成颜色的尝试提供有意的参考。
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