光子晶体具有光子带隙特征,可实现对光子行为的精细调控,在光电领域有着重要的应用前景。(2+1)维光子晶体作为一种新型光子晶体,相较于传统的一维、二维和三维光子晶体,在结构调控上更加灵活,光传输特性方面也表现出独特的性能。(2+1)维光子晶体的制备方法目前主要依赖于胶体自组装技术,存在晶体质量差、结构完整性不好等缺点,极大地限制了对其光学性质及构效关系的研究,对其带隙结构的精细调控也尚未实现。本论文围绕(2+1)维光子晶体结构的可控制备、光传输特性及光子带隙调控等方面展开研究。具体工作如下:1.高质量、高机械强度胶体晶体单层的制备和表征。本文采用水/气界面自组装结合溶剂蒸气退火的方法,有效提高了胶体晶体单层的质量和机械强度。通过AFM纳米压印技术首次定量表征了不同退火时间胶体晶体单层的机械强度,总结了退火时间对机械强度的影响规律,得到高质量的、具有一定自支撑强度的胶体晶体单层,为构建(2+1)维光子晶体奠定了基础。2.构筑高质量、晶体完整性好的(2+1)维光子晶体。基于高质量、高机械强度的胶体晶体单层,结合层层转移堆叠技术,成功构筑了晶体完整性好的(2+1)维光子晶体。系统探讨了衬底表面性质、溶剂蒸气退火时间、胶体球尺寸对其结构和光学性能的影响。总结了(2+1)维光子晶体光学性质的基本规律,中心带隙位置λc≈2.528 D,晶面间距d≈0.912 D(D为胶体球直径)。(2+1)维光子晶体的带隙特征表现为带隙展宽、增强以及角度不敏感性等特点。利用其独特的光学特性,将其作为背反射镜应用于GaN基LED,器件出光效率较平片LED提高近94%。3.(2+1)维光子晶体的“光子带隙工程”研究。通过改变胶体单层的尺寸及堆叠顺序,构筑(2+1)维光子晶体超晶格和异质结结构。系统研究了超晶格两组元间的尺寸比例关系对其光学性能的影响,超晶格结构具有带隙位置精细调控和明显的光子带隙共振增强特征;总结了异质结的带隙结构与各组元光子晶体带隙结构之间的关系,实现超宽带隙和多光子带隙异质结结构的可控制备。超晶格和异质结的基本构效规律为实现(2+1)维光子晶体带隙结构的精细设计和调控奠定了理论基础。