自从1987年E. Yablonovitch提出光子晶体的概念之后,光子晶体的理论研究和制备逐步引起了国内外学者的广泛关注。光子晶体由于存在独特的光子禁带,能够操控光子在固体中的传播,并因此而产生一系列奇特的光学现象,例如超棱镜、负折射等,从而在各个方面都存在潜在的应用,尤其是对于未来的全光信息处理和传输有着重要的意义。目前,在实验方面,光子晶体的制备方法多种多样,但其中一些方法,例如X射线曝光法、激光束干涉法等成本高,效率低,难以实用,而胶体晶体自组装法因为其效率高,成本低,制备得到的产物质量好而引起了人们的注意,另外,近年来,生物模板独特的结构也为制备不同形貌的光子晶体提供了新途径。在理论方面,基于光子晶体中的新现象的研究已经非常深入,但要使其研究成果能够与可被观察到的实验结果相结合,使研究结果具有应用价值,仍是一项挑战。在这些背景下,本文主要从实验制备和理论分析两方面入手,将它们结合起来,展开了一些深入的研究,具体内容包括：1.利用自组装方法简便、成本低的优势,探索了聚苯乙烯微球的自组装方法。通过实验,研究了不同制备条件,例如不同浓度、温度下的微球组装得到的模板的质量,以及与最终产生的不同结构之间的规律。对胶体晶体中产生的缺陷的原因进行了初步分析。对制备得到的胶体晶体的光子带隙也作了测量。2.针对目前对二维光子晶体光学性能与理论研究的现状,利用PS微球自组装方法,制备了α-Fe2O3/Si材料组成的二维光子晶体材料,并对其形貌和反射谱进行了表征。因为两种材料的折射率的对比,以及在不同波长的激光束下的衍射图样的图案形状以及理论计算,可知其符合二维光子晶体的性质,可以将其等效为一个理想二维光子晶体而非平板光子晶体。并且通过计算和实验可知,该二维光子晶体的衍射图案与普通衍射图样不同,只会在一定周期性大小和波长大小的光照射下出现,而且光斑的形状呈明显的椭圆形,而非普通光栅的接近圆形。这种性质可能会在衍射和图像生成器件方面有特殊的应用。3.研究了桃脸鹦鹉羽毛的羽枝内部的非晶光子晶体结构,在光学显微镜下直接观察到了明显的结构色。将羽毛切片后作为模板,利用这种非晶光子晶体结构,使用溶液浸渍法填充了氧化锌前驱体,经过高温烧结,制备了氧化锌材料的准金刚石结构的非晶光子晶体材料。经过实验测得,其光子带隙与普通周期性光子晶体不同,不会随角度的变化而变化,其位置位于500nm的黄绿光的位置左右。通过光致发光性质的测量和对比,发现氧化锌材料的发光谱的可见光波段相应地被抑制,同时,因为带隙的存在,紫外发射波段被增强,紫外/可见光发射峰的比值被明显地提高。这种光子禁带对发射谱的调制作用较普通光子晶体的调制作用更为稳定,不会随着光波入射角度的变化而变化,从而对实现氧化锌材料的紫外激光器的应用有重要的意义。我们还对金刚鹦鹉的羽枝中的非晶光子晶体结构作了研究,并进行了制备反结构的初步研究。4.研究了巴黎翠凤蝶翅膀中的光子晶体结构,并以巴黎翠凤蝶翅膀作为生物模板,制备了氧化锌材料的蝴蝶模板复制品,并得到了其中的多孔状光子晶体结构。实验证明,这种孔状结构会与可见光波段的光会发生强烈散射作用,尤其是530nm的黄绿色波段左右,从而在该波段产生吸收。这也将会抑制氧化锌材料的可见光波段的发射,也能够增强氧化锌材料的紫外发射,对于提高氧化锌的发射性能很有帮助。这证明了蝴蝶翅膀中的光子晶体结构同样可以用于调节半导体材料的光发射性能,对实现氧化锌基紫外发光器具有重要意义。