2.7 光学结构
——结构色

在自然界中，总能看到一些动物有着五颜六色的外表，比如，孔雀的羽毛、蝴蝶的翅膀、甲虫的外壳、变色龙自保下的“隐身”等，大多数人认为这些都是动物体内含有的色素，在光的照射下吸收反射的结果，实则不全是如此，很多动物体表呈现的颜色与其体表的微结构息息相关。孔雀、蝴蝶和甲虫就是典型的代表，如图2-11（见彩插）所示。动物体内并没有这些五颜六色的色素，人们之所以能看到这些颜色，是因为光在动物体表面的亚微米结构中进行散射、干涉或衍射的结果，我们把这种与光发生物理作用产生“结构色”的微观结构称为“光子晶体”。折射率不同的介质材料构成光子晶体，呈周期性排列，可由不同折射率的介质材料组成。当光子进入光子晶体中，将会发生布拉格散射，从而形成光子能带，光子能带之间的带隙会形成光子禁带。可见光中具有光子禁带上的特定波长的光子无法继续向前传播，最终都会被反射回来，从而与晶体表面特殊的微纳组织结构发生一种或几种光学过程，形成了常见的结构色。目前，这种结构色的产生机理已经被应用于光子带隙材料，人们通过调节其晶格参数来控制所产生结构色的颜色，这一材料被大量应用于传感器、印染等方面，也可用于制备结构色纤维，该结构色纤维绿色环保，可解决目前所面临的环境污染问题。