Morpho蝶翅表面微米级的鳞片上排列着纳米级的树状层脊结构,层脊结构之间相互平行且保持着相等的间距。树状层脊结构内部由空气层与透明角质层交替分布的多层薄膜构成。这种结构具有很强的波长选择性,使Morpho蝴蝶呈现出闪亮耀眼的蓝色结构色。本文结合实验、仿真、光学理论三方面,对Morpho蝶翅的光学特性及其变色机理进行了研究：在对(?)Morpho蝶翅上纳米级树状层脊结构及各个基本结构参数仔细观测的基础上建立了三种仿Morpho蝶翅层脊结构的简化模型。利用基于严格耦合波法(RCWA)的光学软件RsoftCAD,进行仿蝶翅树状层脊结构光学特性仿真分析,研究模型及各结构参数对光学特性的影响规律。研究发现仿蝶翅层脊结构的部分结构参数对其光学特性影响非常显著(主要参数)。借助多层薄膜干涉理论,确定了不同结构色所对应的材质和主要参数。测试和仿真结合,研究了Morpho蝶翅处于不同液体氛围中的响应特性。研究发现其在不同液体环境中结构色的变化现象,是由于液体溶剂浸润、进入树状层脊结构内部,层与层之间的空隙被均匀液体介质完全填充,取代空气薄膜层而形成了纳米级液体介质薄膜层。液体介质折射率不同,因此通过多层薄膜而发生相长干涉的波长发生了改变,结构色随之发生变化。并提出Morpho蝶翅鳞片树状层脊结构的结构色(波长)与其液体氛围折射率存在线性关系。Morpho天然结构液体氛围实验结果和几种仿蝶翅模型仿真结果与多层薄膜干涉理论完全匹配,验证了这一线性关系。当Morpho蝶翅处于不同的化学气体氛围中时,其反射光谱有可分辨的区别。采用相对差值的处理方法就能将差别放大,从而有效的区分不同气氛介质。将实际气氛测试结果与两种不同仿真模型的仿真结果进行比对。发现纳米薄膜气氛模型的仿真结果能很好的与实际测试反射光谱变化规律相匹配,说明Morpho蝶翅气体敏感性是由于化学气氛接近鳞片结构时吸附在片状层脊结构的表面,形成了纳米级化学液体薄膜,进而改变了结构的光学特性。Morpho蝶翅的天然结构和文中设计的几种仿蝶翅简化结构模型都具有这种气体敏感性。通过分析反射光谱特征及简单数据处理就可以将不同介质和不同浓度的化学蒸汽进行有效的区分。对Morpho蝶翅光学特性及在液体氛围检测和化学气体氛围检测中的应用研究,加深了对Morpho蝶翅结构色显色机理及其对液体氛围和化学气体氛围检测能力的了解,为今后设计和制造颜色和反射率可控的纳米结构提供了借鉴,对设计制造具有液体和化学气体检测功能的仿生微纳结构具有重要指导意义。