光子晶体因其自然属性所具有的潜在优势和应用价值，现已成为光学与光电子学领域的研究热点之一。基于层状结构多孔阳极氧化铝(AAO)的一维光子晶体，因为其制备工艺简便稳定、成本低廉，结构调整灵活，光学性能优异而受到研究者的关注。本文通过阳极氧化方法制备了层状结构一维AAO光子晶体，探讨了其光子禁带的位置、深度、宽度的控制方法，并尝试将其应用在铝及铝合金着色，以及化学传感器领域中。本文利用周期性变电压法，在低温(0~5°C)下制备了一维AAO光子晶体，实现了AAO光子晶体的大面积制备，其微观形貌大面积有序，结构色均匀。通过电沉积技术，将黑色金属沉积到AAO管道底部，使得光子晶体能够在铝基上显示结构色。并且，通过调节层间距与AAO膜的孔隙率，成功地调整了光子晶体的禁带位置。本文利用模拟计算的方法，研究了两个关键结构参数：层间光程差和层间孔隙率差值，对光学性能的影响。计算结果表明，增大层间孔隙率是提升一维AAO光子晶体光学性能的关键。通过对AAO分枝管道受电解液的腐蚀过程分析得知，随着氧化的进行，主管层和分管层的孔隙率差距将逐渐加大。因此，本文通过在实验中增大电解液浓度，加快腐蚀，有效地增大了AAO的层间孔隙率差值，获得了完整的光子禁带，并且使反射峰强度明显增强，达到了对光子晶体结构设计与性能优化的目的。此外，在以往的研究中，由于铝基对光的高反射，AAO光子晶体无法在铝基上直接显示结构色。本文利用周期性变电流法，得到了能够在在铝基上直接显色的AAO光子晶体，并分析了显色的光学机理。通过在氧化中采取渐变层间距的补偿措施，补偿电解液对AAO层的不均匀腐蚀带来的禁带位置漂移，从而获得完整的光子禁带。在完整的光子禁带和足够多层数的条件下，禁带波段以外的可见光相对于禁带波段内的可见光和具有更长的光程，因而受到更多AAO的散射和吸收作用，因此能够形成一个相对的黑色背底，使结构色在铝基上直接显色。直接显色的性能大大增强了AAO光子晶体的可操作性，扩展了它的应用范围。基于周期性变电流法存在的大规模生产可控性问题，本文提出电压模拟法制备AAO光子晶体，利用周期电压控制的阳极氧化过程，模拟周期性变电流法中AAO的生长过程，得到层间孔隙率突变的AAO光子晶体。通过这种方法，成功地得到了具有完整光子禁带和高强度反射峰，并且能够直接在铝基上显色的光子晶体。同时，电压模拟法的设备简单廉价、不受到试样面积形状的制约，解决了AAO光子晶体的大规模生产可控性问题。铝及铝合金着色是AAO光子晶体最直接、最基础的应用。相对于目前工业中普遍使用的氧化电解着色，AAO光子晶体的结构色着色技术，不但是一种新的物理着色概念，并且在工艺上具有污染低、工艺简单稳定、颜色调节范围宽等方面的优势。本文利用电压模拟法对铝合金零件进行结构色着色。实验结果证明这种方法可以直接地从高纯铝移植到铝合金上，着色试样色泽均匀鲜艳。这种技术显示出广泛的应用前景和非常可观的经济效益。一维AAO光子晶体由于其孔隙率和层间距的高度可控性，在化学传感应用上具有明显的优势。本文对一维AAO光子晶体对于水、乙醇、正丙醇、正丁醇的化学传感性能进行了测试。结果显示，所有试样都展示出良好的传感响应，禁带位置能够随着分析物折射率的增大而线性地红移，而反射峰强度依次降低，透射峰强度依次增大，呈现非线性的响应。经过化学腐蚀处理，波长灵敏度获得明显的提高，可得到远高于以往类似研究结果的传感性能。波长灵敏度提高后的光子晶体结构色改变幅度增加，使得一些折射率差距较大分析物的结构色差异可以用肉眼区分。因此，这种高灵敏度的一维AAO光子晶体在将来有希望用来构造可视化的化学传感器。