1.光子晶體：光的精密迷宮

*生物光子晶(jing)(jing)體(ti)（比(bi)如(ru)(ru)孔雀(que)羽毛、閃(shan)蝶翅膀、某些(xie)甲蟲外殼(ke)內部的(de)奇妙(miao)結構(gou)），是(shi)由(you)生物體(ti)自身產生的(de)納米級材(cai)料(liao)（比(bi)如(ru)(ru)蛋白質、甲殼(ke)素）周期性(xing)排(pai)(pai)列形成的(de)結構(gou)。想(xiang)象一(yi)下，這些(xie)微小(xiao)結構(gou)像(xiang)無(wu)數個極(ji)其(qi)微小(xiao)的(de)、排(pai)(pai)列極(ji)其(qi)規則的(de)“積木塊(kuai)”或(huo)“小(xiao)珠子”，一(yi)層(ceng)(ceng)一(yi)層(ceng)(ceng)、一(yi)格一(yi)格地堆疊起來，形成了一(yi)種天然的(de)、極(ji)其(qi)精(jing)密的(de)“晶(jing)(jing)體(ti)”結構(gou)，只(zhi)不過這個晶(jing)(jing)體(ti)不是(shi)用來導電的(de)，而是(shi)用來操縱(zong)光的(de)。

*這種周(zhou)期(qi)性排列(lie)的(de)尺(chi)度，正好和(he)可(ke)見光的(de)波(bo)長（幾百納米(mi)）是同(tong)一個數(shu)量級。

2.光子(zi)帶(dai)隙：光的“禁(jin)行區”

*“光子帶(dai)隙”就(jiu)是這個精密光迷宮的核心特性。你可以把它理解成(cheng)這把“光篩子”上的特定(ding)大(da)小的孔(kong)洞被堵死(si)了。

*光是(shi)一(yi)種(zhong)電磁(ci)波(bo)，不同顏(yan)色的(de)光有(you)不同的(de)波(bo)長(chang)（比(bi)如紅光波(bo)長(chang)長(chang)，藍光波(bo)長(chang)短）。當光波(bo)試圖穿過這(zhe)個周期性排列的(de)“迷(mi)宮(gong)”時，會(hui)發(fa)生復雜的(de)相互作(zuo)用（主要是(shi)散射和干涉）。

*關鍵點來了：對于某些特(te)定波長(chang)范圍(wei)（也就是特(te)定顏色(se)范圍(wei)）的(de)(de)光來說，它們在迷宮里的(de)(de)遭遇是這樣的(de)(de)：

*被“攔路(lu)打劫”（強布拉格散(san)射(she)）：這些(xie)特定波長的光(guang)，在周期性結構(gou)中前進時(shi)，會遇到無(wu)數個(ge)排列規則的“障礙物”。這些(xie)障礙物對(dui)光(guang)的散(san)射(she)作用(yong)非(fei)常強，并且散(san)射(she)波之間會相互抵消（相消干涉）。

*無法通行(xing)（禁帶）：這(zhe)種強烈(lie)的(de)(de)散射和相互抵消(xiao)的(de)(de)結(jie)(jie)果，使得這(zhe)些特定(ding)波(bo)長的(de)(de)光根本無法有效地(di)在(zai)(zai)這(zhe)個(ge)結(jie)(jie)構內部傳(chuan)播(bo)。它們要么被(bei)強烈(lie)反(fan)射回去，要么被(bei)阻擋在(zai)(zai)外面(mian)進不來（取決于光的(de)(de)方向）。這(zhe)個(ge)特定(ding)波(bo)長范圍，就是光子帶隙——光在(zai)(zai)這(zhe)個(ge)結(jie)(jie)構里被(bei)禁止傳(chuan)播(bo)的(de)(de)“禁行(xing)區”或“禁區”。

*而不(bu)在這個(ge)禁行區（帶隙外）的其(qi)他波長的光(guang)，則(ze)可以相對(dui)順(shun)利地穿過這個(ge)結構，或者傳(chuan)播路徑(jing)受到的影(ying)響較小。

3.生物上(shang)的神奇(qi)效果：結(jie)構色

*這(zhe)就是為什么我們看(kan)到(dao)孔雀羽(yu)毛、閃蝶(die)翅(chi)膀(bang)呈(cheng)現出極其鮮艷、閃耀(yao)、甚(shen)至隨角度(du)變化的金屬(shu)光澤(ze)或虹彩的原因！

*當白(bai)光(guang)（包含所有(you)顏色(se)）照射到這(zhe)些生物光(guang)子晶體上時(shi)，恰好落(luo)在光(guang)子帶隙范圍(wei)內(nei)的(de)那些顏色(se)（比(bi)如藍(lan)光(guang)、綠光(guang)）被強烈地(di)反射回來，進入(ru)我們的(de)眼睛。而其他(ta)顏色(se)的(de)光(guang)則(ze)可能(neng)被吸收或者(zhe)透射過去。

*這(zhe)種顏色(se)不是來自化(hua)學色(se)素（像顏料那樣吸(xi)收某些光反射另一些光），而是純粹(cui)由(you)物理結構(gou)對光的操(cao)縱產生的，因此(ci)被稱為結構(gou)色(se)。它通常(chang)更鮮(xian)艷、更持久(jiu)、并(bing)且具有方向性。