CN102681097A

CN102681097A - 一种基于多层金属膜结构的滤波器

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Publication number: CN102681097A
Application number: CN2011100551104A
Authority: CN
Inventors: 赵建平
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-03-09
Filing date: 2011-03-09
Publication date: 2012-09-19

Abstract

本发明公开了一种基于多层金属膜结构的滤波器，它主要由多层介质层与多层金属膜结构层相互交叉、重叠组成；通过调整金属膜结构层、介质层占空比、厚度、间距等结构参数，可以对不同波长的可见光波进行透射与反射。形成独特的颜色效果。

Description

一种基于多层金属膜结构的滤波器

所属技术领域

本发明涉及一种基于多层金属膜结构的滤波器，通过调节金属膜光栅层和介质层的结构参数可以形成不同颜色的滤波结构，可广泛应用于三维/动态显示、防伪等领域。

背景技术

从上世纪90年代开始，三维显示、防伪等技术便得到了迅速发展，主要是以激光全息图为主，但这种技术已经半公开，防伪功能受到挑战。此外还有诸如水印防伪等技术也已经发展了很长时间，基本原理及实现方法也已经基本被大众所了解。迫切需要发展新的防伪技术。

为此人们提出了基于光学原理的放大显示防伪方法，这种方法的原理是：在正常照明条件下，人眼的极限分辨力为1分，在明视距离250mm条件下，人眼的极限分辨力为0.072mm。一般来说为使眼睛不疲劳，人眼的视角在4分左右，即可以分辨距离为0.3mm左右的两个点。在一般情况下，10×10个点刻组成简单图案，其大小约在4mm×4mm左右，其它细小的物体必须采用放大镜或显微镜进行放大才能看清其细微结构。对于小于该尺度的图案必须采用显微镜等辅助工具，这个观察带来很大不便。

随后，人们又开发出了基于微透镜阵列的三维、动态显示和防伪技术，然而上述技术受到现有像素尺度(150微米)的限制，很难获得流畅的动态显示效果和纤薄的厚度。同理，在三维电视中，也存在上述问题，采用现有像素，三维图像的显示随观测角度成阶段性变化，只有采用更加微小的像素尺寸方可获得流畅的三维动态效果。

1998年，Ebbesen发现了高深宽比金属孔可以实现波长有效选择(nature，391，667-669，1998)，其结构为：在厚度为500nm左右的金属膜上打尺度为几十纳米的孔，形成类似筛子状的金属孔阵列滤波器；其机理主要是：与金属孔阵列周期匹配的某个频率入射光波在金属孔结构表面被转化为了表面等离子体波(简称SPP)，SPP具有很短的波长，因此通过耦合可以传递到金属孔阵列的另一面，而其它波长则无法在金属孔阵列表面激发SPP波，因此也无法通过金属孔阵列。通过选择合适的金属孔阵列周期，透射光可以实现在不同波长间的转换。后来，中国科技大学明海教授等人在中国申请了该方面的发明专利；然而上述结构在应用中存在严重困难，1、该结构为高深款比金属孔，即孔的深度比2倍的孔宽度还大！这对于现有加工技术是根本无法完成的；2、该结构采用孔阵列周期进行颜色控制，因此不同的图案必须制作周期不同的纳米孔模板。巨大的成本严重限制了它的应用；3、该金属孔阵列结构透过率仅为5％，即该结构虽然实现了透射光波的选择，但能量极其微弱，根本无法实用。

为了克服上述三点问题，我们提出了基于多层膜结构的新型滤波器，本发明滤波器中，采用介质膜与金属膜光栅层多层结构代替原有的高深宽比结构，利用两层尺度为几十纳米的金属膜光栅层代替Ebbesen结构中金属孔阵列的上表面和下表面，中间采用介质层与金属膜光栅层相互叠合德三明治结构，不仅同样可以对特定波长入射光波的SPP激发。同时，在透射/反射光效率方面达到大幅提升，最高可以达到80％，更重要的是，本发明专利中无论介质层还是金属膜光栅层都是多层薄膜结构形式的，因此，采用现有通用的镀膜工艺即可加以实现，具有广泛的应用价值。

发明内容：

基于上述考虑，本发明提出一种基于多层金属膜结构的滤波器。该结构可形成微米量级的滤波器，通过在不同区域加工具有不同结构参数的滤波器，即可获得由微米尺度像素构成的图案。

本发明的技术解决方案通过以下步骤完成：一种基于微光学结构的动态显示技术，其特征在于包括以下步骤：

1、它主要由n+1层介质层、n层金属膜光栅层、反射金属层依次组成；n+1层介质层与n层金属膜光栅层按照介质层、金属膜光栅层相互交错的方式构成滤波器，并在第n+1层介质层下方加载反射金属层；即第n＝i层介质层上方为第n＝i-1层金属膜光栅层，下方为第n＝i层金属膜光栅层；第n＝i层金属膜光栅层上方为第n＝i层介质层，下方为第n＝i+1层介质层；第n层介质层下方为反射金属层，n≥1，反射金属层可以是一层金属膜，也可以是二维金属光栅结构；

2、如权利要求1所述滤波器，其特征在于，n层金属膜光栅层可以具有相同的周期，也可以具有不同的周期，也可以是非周期的金属膜层结构；对于周期光栅形式的n层金属膜光栅层，每层金属膜光栅层的光栅周期在50nm～1000nm之间，优选值在100nm～500nm之间；

3、如权利要求1所述滤波器，其特征在于，相邻金属膜光栅层可以是无重叠结构，即相邻金属膜光栅层通过沿金属膜光栅层法线方向进行平移，当两层金属膜光栅层位于同一平面时，金属部分没有任何重合；也可以是完全重叠结构，即相邻金属膜光栅层通过沿金属膜光栅层法线方向进行平移，当两层金属膜光栅层位于同一平面时，金属部分将完全重合；还可以是部分重叠结构，即相邻金属膜光栅层通过沿金属膜光栅层法线方向进行平移，当两层金属膜光栅层位于同一平面时，金属部分存在部分重合；

4、如权利要求1所述滤波器，其特征在于，金属膜光栅层厚度在5nm～100nm之间，优选值为10nm～50nm，更为优选的值为20～30nm；介质层厚度在5nm～500nm之间，优选值为5nm～200nm，更为优选的值为10～100nm；反射金属层距离金属膜光栅层2的距离K为0～10μm，优选值在0～400nm之间；反射金属层为厚度0nm～300nm的金属层，优选值在0～80nm之间；

5、如权利要求1所述滤波器，其特征在于，通过调节n层金属膜光栅层中每一层的厚度和/或介质层折射率和/或介质层厚度，实现对人射光波的透过率、反射率及透射和反射光波颜色的选择。

6、如权利要求1所述滤波器，其特征在于，每一层介质层可以由同一种材料构成，也可以由不同种类材料在介质层所在平面方向交错排列组成等效介质材料，构成介质层；每一层金属膜光栅层由金属膜部分和介质膜部分组成；介质膜部分可以采用与上/下相邻的介质层相同的介质材料；

7、通过加工具有不同结构参数和滤波功能的结构，可获得由微米量级像素构成的图案，如果与微透镜阵列等微光学元件配合还可形成动态、三维显示效果，可应用于显示、防伪等领域。

本发明的原理是：通过对金属膜光栅层及介质层设置不同的结构参数，将特定频率的入射光波转换为表面等离子体，利用决定于相邻金属膜光栅层之间光程差的表面等离子体频率选择特性，实现对特定频率光波的强烈吸收或透过；而其他频率的入射光波则被反射，进而形成具有特定色彩的显示单元；在此基础上通过融合多层结构可以对透射和反射光波的强度进行调节。

本发明最大的特点在于：采用该技术可获得与光栅完全不同的颜色效果，光栅是将不同波长的入射光波从不同的方向反射，因此在不同的角度将看到不同的颜色。从本质上讲，光栅不存在某个波长能量被吸收的过程，光栅衍射是将不同波长的光波在不同的方向进行了重新分布。而本发明提出的方法从原理上讲就与光栅不同。1、在本发明中，我们利用多层金属膜光栅层将特定频率的光波转换为表面等离子体波，并对其进行吸收。该波长光波从出射光波中已经消失了。2、本发明滤波器结构无论从哪个方向看都只有一个颜色，而不像光栅结构，不同的角度看起来具有不同的颜色。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、该滤波器主要利用周期在百纳米尺度的金属膜光栅结构实现滤波，因此可获得接近微米尺度的显示单元；传统的印刷技术只能获得几百微米尺度的色彩单元；

2、传统打印技术所形成的颜色必须通过“红、绿、蓝”三基色混合而成，而本技术可以直接形成各种复杂的颜色，并不需要基本的“红、绿、蓝”三种色元合成。

3、本技术采用普通的工业化金属膜蒸镀及溅射等工艺即可完成，因此实现非常容易，成本低，易于产业化。

4、通过对显示微元件结合、可获得动态、立体显示效果。

5、美观、实用、携带方便，可制作成薄片结构，具有良好市场前景。

附图说明

图1是本发明实施例一结构示意图；同种相同的花纹颜色代表相同材料；图中11表示介质层1，12为介质层2，13为介质层3，14为介质层4，15为介质层5；21表示金属膜光栅层1，即第1层金属膜光栅层，22表示金属膜光栅层2，23表示金属膜光栅层3，24表示金属膜光栅层4；3为反射金属层；4为承载整个滤波器的基底材料；图中虚线代表各金属膜光栅层与介质层之间的分界面；以标注为14的第4层介质层为例，H_i为第i层介质层的厚度，即金属膜光栅层i下表面与金属膜光栅层i+1上表面的间距；S_i代表第i层金属膜光栅层厚度，即金属膜光栅层中金属膜上、下表面的间距；H₄为第4层介质层厚度，S₁为标注为21的金属膜光栅层1厚度；K为反射金属层与金属膜光栅层4的距离；T为金属膜光栅层2和金属膜光栅层4的周期，同样也是金属膜光栅层2的周期；A为金属膜光栅层4和金属膜光栅层2的非金属区域的宽度。实施例一中，第i层金属光栅层非金属区域填充的介质材料均与第i层介质层的材料相同。本专利在实际应用中并不受此限制。

在实施例一中，通过向下平移金属膜光栅层1可以与金属膜光栅层2形成完整且无金属重叠的金属膜层，属于权利要求3中提到的无重叠结构中的特例。本专利在实际应用中并不受此限制，通过将金属光栅层1进行平移后与金属膜光栅层2构成的无重叠的金属膜层，可以是完整的，也可以是不完整的(即上述“无重叠的金属膜层并不是完全由金属膜构成，存在部分无金属的区域)。在实施例一中，通过向下平移金属膜光栅层1可以与金属膜光栅层3完全重叠，属于权利要求3中提到的完全重叠结构。

图2是本发明实施例1中金属膜光栅层1的俯视图；即图1中标注为21的金属膜光栅层。T为金属膜光栅层1的周期；A为金属膜光栅层1的宽度。

图3是本发明实施例1中金属膜光栅层2的俯视图；即图1中标注为22的金属膜光栅层。

图4为本发明实施例一中滤波器对入射光谱进行选择性滤波后得到的光谱分布效果。纵坐标表示输出的强度，横坐标表示波长，每个刻度为100nm。从图中可以看出，波长450nm±50nm范围内的TM偏振光波被有效吸收。

图5为本发明实施例二中滤波器对入射光谱进行选择性滤波后得到的光谱分布效果。纵坐标表示输出的强度，横坐标表示波长，每个刻度为100nm。从图中可以看出，波长600nm±50nm范围内的TM偏振光波被有效吸收。

图6是本发明实施例三中用于激发和耦合特定波长的二维的金属膜光栅层1俯视图。

图7是本发明实施例三中用于激发和耦合特定波长的二维的金属膜光栅层2俯视图，

图8是本发明实施例四中用于激发和耦合特定波长的二维的金属膜光栅层1俯视图。

图9是本发明实施例四中用于激发和耦合特定波长的二维的金属膜光栅层2俯视图。

图10是本发明实施例五中的四层金属膜光栅层滤波结构，图中标注为12、13、14的介质层2、介质层3、介质层4均为采用两种介质材料构成的等效介质层。图中图案相同的区域采用的材料相同。

图11是本发明实施例六中的四层金属膜光栅层滤波结构，图中，通过在垂直膜层方向平移标注为22的金属膜光栅层2，可以实现金属膜光栅层2与标注为21的金属膜光栅层1的部分重叠，属于权利要求3中提到的部分重叠结构。

图12是本发明实施例七中的三层金属膜光栅层滤波结构。

具体实施方式

实施例1，利用一维金属膜光栅层结构对波长为450nm±50nm的可见光反射波进行吸收滤波，其它波长的电磁能量得到有效反射，反射光形成呈现出红色的效果；

图1是本发明结构示意图；图中11表示介质层1，12为介质层2，13为介质层3，14为介质层4，15为介质层5；21表示金属膜光栅层1，即第1层金属膜光栅层，22表示金属膜光栅层2，23表示金属膜光栅层3，24表示金属膜光栅层4；3为反射金属层；4为承载整个滤波器的基底材料；图中虚线代表各金属膜光栅层与介质层之间的分界面；以标注为14的第4层介质层为例，H_i为第i层介质层的厚度，即金属膜光栅层i下表面与金属膜光栅层i+1上表面的间距；S_i代表第i层金属膜光栅层厚度，即金属膜光栅层中金属膜上、下表面的间距；H₄为第4层介质层厚度，S₁为标注为21的金属膜光栅层1厚度；K为反射金属层与金属膜光栅层4的距离；T为金属膜光栅层2和金属膜光栅层4的周期，同样也是金属膜光栅层2的周期；A为金属膜光栅层4和金属膜光栅层2的非金属区域的宽度。

本实施例中采用以下设计步骤。1、设计介质层1与金属膜光栅层1、介质层2、金属膜光栅层2的材料与结构参数，并利用该层对450nm的入射可见光电磁波进行初步吸收滤波。2、在此基础上，设计介质层3与金属膜光栅层3、介质层4、金属膜光栅层4的材料与结构参数对滤除波长的带宽进行调节，实现450nm±50nm范围内波长的有效滤除；

由于自然界金属与介质材料种类有限，所以为了减少变量，方便设计，因此我们首先要对材料进行选定，介质层1和介质层3为折射率为1.45的SiO₂透明材料，而介质层2为折射率为1.6的有机膜透明材料，介质层4为折射率为2.3的硒化锌透明材料，介质层5及基底采用折射率为1.65的有机PC透明材料；金属膜光栅层1和金属膜光栅层3选用金属银，金属膜光栅层2选用金属铝，金属膜光栅层4选用金属金；

在材料确定后，我们将根据不同金属材料的洛伦茨模型(商用FDTD软件中均可以找到)，求解各种金属材料的电磁参量，并将其输入FDTD软件。

第三步，确定/但不受限于以下介质层与金属膜光栅层的基本参数，本实施例中，取介质层1与介质层2的初始厚度为60nm，金属膜光栅层1与金属膜光栅层2的厚度为30nm，金属膜光栅层占空比0.5，金属膜光栅层周期260nm。上述基本参数选择标准为：在上述参数附近范围内，可见光波段光波激发的SPP波能够得到有效激发与耦合；

第四步，对介质层1、介质层2、金属膜光栅层1、金属膜光栅层2的膜层厚度进行量化；如介质层厚度量化为35nm，40nm，45nm，50nm，55nm，60nm，65nm，70nm，75nm……等多个等级。金属层也量化为15nm、20nm、25nm、30nm、35nm，40nm，45nm，50nm，55nm，60nm，65nm，70nm，75nm……等多个等级。

第五步，由于本专利发展的结构已经远远小于入射光波长，现有的光学标量、矢量理论已经都不适用了，因此，获得能够用于本专利结构设计的准确的物理解析表达式是不可能的，也是不必要的。本专利中，借助时域有限差分FDTD软件完成相关设计。将第四步中不同组合的介质层结构参数与金属膜光栅层结构参数输入商业化FDTD软件，利用该软件进行筛选。由于本专利提出的金属膜光栅层的尺度和间距在百纳米量级，因此，只需对包括介质层厚度和金属膜光栅层厚度进行调节，任何属于可见光范围内的电磁波均可以被有效的转换为表面等离子体波。因此无论可见光范围内的哪个颜色的光波，都必然存在与其对应的金属膜光栅层结构。在该结构下，该颜色的入射光将高效激发表面等离子体，并在金属膜光栅层间被不断震荡、吸收(注：对于金属膜光栅层数n＝2的滤波器，设计已经完成)。

在经过计算后，我们获得如下介质层1、介质层2、金属膜光栅层1、金属膜光栅层2结构参数：金属膜光栅层1和金属膜光栅层2的厚度均为20nm，金属膜光栅层1至金属膜光栅层2间距40nm，金属膜光栅层1俯视图见图2，金属膜光栅层2俯视图见图3。

在此基础上，采用同样的FDTD计算方式对介质层3与金属膜光栅层3、介质层4、金属膜光栅层4的结构参数进行确定，对滤除波长的带宽进行调节，实现450nm±50nm范围内波长的有效滤除。本实施例中采用与金属膜光栅层1与金属膜光栅层2相同的等分间隔对每个参量进行等分，并对反射金属层与金属膜光栅层4间距K量化为100nm、200nm、300nm、400nm、500nm，反射金属层厚度量化为10nm、20nm、30nm、40nm、50纳米、60nm；

在经过计算后，我们获得如下介质层3、介质层4、金属膜光栅层3、金属膜光栅层4结构参数：金属膜光栅层3和金属膜光栅层4的周期为240nm，金属膜光栅层1和金属膜光栅层2的厚度均为30nm，介质层3与介质层4为40nm，反射金属层与金属膜光栅层4间距K＝400nm作为结构参数，反射金属层厚度40nm。

将各介质层及各金属膜光栅层按照图1所示的结构进行组合，再次利用FDTD软件对图1所示的结构的滤波效果进行确认。

最后，采用纳米压印技术及金属膜蒸镀、溅射等沉积技术完成上述结构的加工，实验中即获得我们所希望的450nm±50nm的TM偏振可见光被有效吸收滤除，滤波效果见图4，其它波长的电磁能量得到有效反射，反射光形成呈现出红色的效果；最终透过滤波器的透射光则形成绿色偏蓝的效果，对，图中波长为600nm±50nm范围内的光能量得到了有效衰减。

实施例2，通过调节实施例一中各介质层厚度，实现对波长为600nm±50nm的可见光反射波进行吸收滤波，其它波长的电磁能量得到有效反射，反射光形成呈现出蓝绿色的效果；

本实施例同样采用图1所示的结构，根据FDTD计算结果，选择实施例一的结构参数作为初始参数，仅将介质层的厚度参数量化为20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、120nm……。对于本专利所涉及的滤波结构，通过改变介质层厚度可以对吸收滤除的入射光波的波长进行调节，并利用FDTD进行仿真计算。本实施例中，当介质层厚度达到120nm时，实现了对600nm±50nm的可见光反射波进行吸收滤波，反射光呈现出蓝绿色的效果，对TM波滤波效果见图5，图中波长为600nm±50nm范围内的光能量得到了有效衰减。

实施例3，利用二维金属膜光栅层结构对波长为600nm±50nm的可见光反射波进行吸收滤波，其它波长的电磁能量得到有效反射，反射光形成呈现出蓝绿色的效果；

本实施例滤波器剖面图如图1所示，设计过程与实施例一完全相同，通过对介质膜层、金属膜光栅层厚度等进行量化，以滤波效果为准则，利用FDTD软件进行逐项筛选，最终设计完成的滤波结构参数也基本相同。其金属膜光栅层1俯视图见图6，金属膜光栅层2俯视图见图7。对TM、TE偏振光波均可实现如图5所示的滤波效果。

实施例4，利用基本单元为圆孔结构的二维金属膜光栅层结构对波长为600nm±50nm的可见光反射波进行吸收滤波，其它波长的电磁能量得到有效反射，反射光形成呈现出蓝绿色的效果；

本实施例滤波器剖面图如图1所示，设计过程与实施例一相同，通过对介质膜层、金属膜光栅层厚度等进行量化，以滤波效果为准则，利用FDTD软件进行逐项筛选，最终设计完成可实现600nm光波滤除的滤波结构。其金属膜光栅层1俯视图见图8，金属膜光栅层2俯视图见图9。对TM、TE偏振光波均可实现如图5所示的滤波效果。本实施例中金属膜光栅层的基本单元图案为圆形，但在实际应用中并不限于此，仅通过变化基本单元构成的各种滤波器均属于本专利的保护范围。

实施例5，利用两种材料构成介质层，与金属膜光栅层结构进行组合，对波长为600nm±50nm的可见光反射波进行吸收滤波；

本实施例滤波器剖面图如图10所示，图中每一种花色图案代表一种材料，以标注为12的介质层2为例，介质层2采用两种材料依次组合构成的薄层等效介质，采用此类等效介质同样可以形成相关滤波器。设计过程与实施例一相同，通过对介质膜层、金属膜光栅层厚度等参量进行量化，利用FDTD软件进行逐项筛选，最终可设计完成600nm光波滤除的滤波结构。

实施例6，利用部分重叠和完全重叠的金属膜光栅结构对波长为600nm±50nm的可见光反射波进行吸收滤波；

本实施例滤波器剖面图如图11所示，图中标注为21的金属膜光栅层1与标注为22的金属膜光栅层2为部分重叠结构，即通过将金属膜光栅层1沿金属膜光栅层法线方向向下移动，当金属膜光栅层1与金属膜光栅层2位于同一膜层高度时，金属膜光栅层1的部分金属膜将与金属膜光栅层2的金属膜部分重叠。图中标注为21的金属膜光栅层1与标注为23的金属膜光栅层3为完全重叠结构，即通过将金属膜光栅层1沿金属膜光栅层法线方向向下移动，当金属膜光栅层1与金属膜光栅层3位于同一膜层高度时，金属膜光栅层1的金属膜将与金属膜光栅层3的金属膜完整重叠。由于本专利所发展的方法对于金属膜光栅层之间的水平相对位置并不是特别敏感，因此，即使采用具有可完全重叠特征的多层金属膜光栅层或/和具有部分重叠特征的多层金属膜光栅层，通过对与实施例一相同的介质层与金属膜光栅层结构参数进行量化和计算，同样可获得较为理想的滤波效果，设计过程与实施例一相同。

实施例7，利用无重叠金属膜光栅结构对波长为600nm±50nm的可见光反射波进行吸收滤波；

本实施例滤波器剖面图如图12所示，图中标注为21的金属膜光栅层1与标注为22的金属膜光栅层2、标注为23的金属膜光栅层3均属于无重叠，即通过将金属膜光栅层1沿金属膜光栅层法线方向向下移动，当金属膜光栅层1与金属膜光栅层2位于同一膜层高度时，金属膜光栅层1的金属膜将与金属膜光栅层2的金属膜无任何重叠。同理，金属膜光栅层2和金属膜光栅层3也无重合。

由于本专利所发展的方法主要基于金属膜光栅层之间(特别是边界之间)的表面等离子体波的不断耦合实现能量衰减，因此采用图12所示的滤波结构，可以将某个特定波长的光波转换为表面等离子体波，同时表面等离子体波携带的能量从金属膜光栅层1耦合到金属膜光栅层2，再通过金属膜光栅层中金属膜的边界耦合到金属膜光栅层3。通过不断的耦合和衰减实现对特定波长的滤除，而其它波长的电磁波则被无衰减或轻微衰减。采用实施例一所示的步骤进行设计，同样可获得所需要的特定颜色的透过谱和吸收谱。

实施例8，通过调节实施例二中各金属膜光栅层厚度，实现对波长为550nm±50nm的可见光反射波进行吸收滤波，其它波长的电磁能量得到有效反射，反射光形成呈现出蓝绿色的效果；

本实施例同样采用图1所示的结构，根据FDTD计算结果，选择实施例二的结构参数作为初始参数，仅将金属膜光栅层的厚度参数量化为5nm、10nm、15nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、120nm……。对于本专利所涉及的滤波结构，通过改变金属膜光栅层厚度可以对吸收滤除的入射光波的波长进行调节，并利用FDTD进行仿真计算。本实施例中，当介质层厚度达到80nm时，实现了对550nm±50nm的可见光反射波进行吸收滤波，从滤波器反射出的光波呈现出黄绿色的效果。

本专利申请公开的技术点及内容以及以本专利相关技术点及内容为核心进行结构参数调整后产生的结果均属于本专利的保护范围。

Claims

1.它主要由n+1层介质层、n层金属膜光栅层、反射金属层依次组成；n+1层介质层与n层金属膜光栅层按照介质层、金属膜光栅层相互交错的方式构成滤波器，并在第n+1层介质层下方加载反射金属层；即第n＝i层介质层上方为第n＝i-1层金属膜光栅层，下方为第n＝i层金属膜光栅层；第n＝i层金属膜光栅层上方为第n＝i层介质层，下方为第n＝i+1层介质层；第n层介质层下方为反射金属层，n≥1，反射金属层可以是一层金属膜，也可以是金属光栅结构；

2.如权利要求1所述滤波器，其特征在于，n层金属膜光栅层可以具有相同的周期，也可以具有不同的周期，也可以是非周期的金属膜层结构；对于周期光栅形式的n层金属膜光栅层，每层金属膜光栅层的光栅周期在50nm～1000nm之间，优选值在100nm～500nm之间，针对不同颜色的滤波器可以但不限于采用相同周期的金属膜光栅层；

3.如权利要求1所述滤波器，其特征在于，相邻金属膜光栅层可以是无重叠结构，即相邻金属膜光栅层通过沿金属膜光栅层法线方向进行平移，当两层金属膜光栅层位于同一平面时，金属部分没有任何重合；也可以是完全重叠结构，即相邻金属膜光栅层通过沿金属膜光栅层法线方向进行平移，当两层金属膜光栅层位于同一平面时，金属部分将完全重合；还可以是部分重叠结构，即相邻金属膜光栅层通过沿金属膜光栅层法线方向进行平移，当两层金属膜光栅层位于同一平面时，金属部分存在部分重合；

4.如权利要求1所述滤波器，其特征在于，金属膜光栅层厚度在5nm～100nm之间，优选值为10nm～50nm，更为优选的值为20～30nm；介质层厚度在5nm～500nm之间，优选值为5nm～200nm，更为优选的值为10～100nm；反射金属层距离金属膜光栅层2的距离K为0～10μm，优选值在0～400nm之间；

5.如权利要求1所述滤波器，其特征在于，通过调节n层金属膜光栅层中每一层的厚度和/或介质层折射率和/或介质层厚度，实现对人射光波的透过率、反射率及透射和反射光波颜色的选择。

6.如权利要求1所述滤波器，其特征在于，每一层介质层可以由同一种材料构成，也可以由不同种类材料在介质层所在平面方向交错排列组成等效介质材料，构成介质层；每一层金属膜光栅层由金属膜部分和介质膜部分组成；介质膜部分可以采用与上/下相邻的介质层相同的介质材料；

7.通过加工具有不同结构参数和滤波功能的结构，可获得由微米量级像素构成的图案，如果与微透镜阵列等微光学元件配合还可形成动态、三维显示效果，可应用于显示、防伪等领域。