CN115390175A - 一种高反射和窄带宽的全介质滤光片及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高反射和窄带宽的全介质滤光片，所述高反射和窄带宽的全介质滤光片为呈周期阵列结构的m行×n列的若干个单一元胞构成，所述单一元胞包括衬底和二氧化钛颗粒；其中，所述单一元胞彼此平行设置；所述二氧化钛颗粒未嵌入或完全嵌入衬底中；所述衬底的周期长度Px与宽度Py相等。本发明具有高反射率、窄带宽的滤光性能，其光学特性更加稳定，且具有随周期的变化带宽和中心波长变化明显的特点，随周期的增大，其带宽可以窄到几个纳米。这种窄带滤光片可为高灵敏彩色图像传感器、全彩显示、彩色全息、微型光谱仪、纳米光学防伪及多通道高光谱成像技术提供应用，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及光电技术领域，具体涉及一种高反射和窄带宽的全介质滤光片及其制备方法和应用。
背景技术
滤光片被广泛应用于各种邻域，包括彩色成像和显示、有机发光二极管器件、太阳能电池、彩色印刷、防伪和生物传感器。受大自然的启发，就像蝴蝶多彩的颜色来源于翅膀周期性的微结构，高性能的纳米结构色可以通过光散射、衍射、吸收或干涉在人工设计的结构中产生。结构滤色器被认为是颜料/染料的突出替代品，这些材料易受紫外线照射和高温造成的高损耗、环境危害、扩展性困难、性能退化等影响，且与CMOS制造工艺不兼容。
最近，纳米结构的超表面被广泛地研究作为一种替代传统衍射光学元件的平台，使光的振幅、相位和偏振的调制。利用金属和/或电介质制备出了不同的纳米器件如彩色全息图、透镜和彩色滤光片。然而研究发现，表面等离子体器件在可见光波段存在固有损耗，影响了其在光谱形状、带宽和效率方面的传输，导致其色域和纯度较低。虽然基于Fabry-Perot的滤色器被建议用于提高色域和纯度，但它们的输出效率较低，需要多种材料形成不同的层系，这使得制作复杂且成本高昂。由硅等介电材料组成的基于Mie散射调制的电偶极子(ED)和磁偶极子(MD)共振，被用来抑制材料吸收，提高效率。然而，透明窗口只限于可见光波段的红外区域或较长波长区域。
近年来非晶态二氧化钛(TiO2)材料受到研究者的广泛关注，因为它的宽透明窗口延伸到可见带之外，具有高的折射率，其带间跃迁正好位于可见光区之外，能够很容易地介导光-物质相互作用。然而现有技术中存在器件的反射率较低、反射峰带宽较大、反射波长范围较小等问题，导致基于二氧化钛材料的滤光片难以得到进一步推广应用。
因此，亟需找到一种技术方案，来解决现有技术存在的缺陷。
发明内容
为解决现有技术中存在的缺陷，本发明公开了一种高反射和窄带宽的全介质滤光片，该滤光片具有较高反射率、较窄反射峰带宽和较大范围的反射峰波长等优点。
本发明的一个目的在于，提供一种高反射和窄带宽的全介质滤光片，所述高反射和窄带宽的全介质滤光片选自高反射和窄带宽的全介质滤光片1或高反射和窄带宽的全介质滤光片2；
所述高反射和窄带宽的全介质滤光片为周期阵列结构，所述周期阵列结构由m行×n列的单一元胞构成，所述单一元胞包括衬底和二氧化钛颗粒；
其中，
所述单一元胞彼此平行设置；
所述高反射和窄带宽的全介质滤光片1的结构为二氧化钛颗粒未嵌入衬底中；
所述高反射和窄带宽的全介质滤光片2的结构为二氧化钛颗粒完全嵌入衬底中；
所述衬底的周期长度Px与宽度Py相等；
所述m和n为正整数；
所述高反射和窄带宽的全介质滤光片的反射光谱中，对入射光的反射率为90-100％，反射峰的中心波长可在430-630nm之间自由调控，反射峰的带宽为2-22nm。
进一步地，所述衬底选自二氧化硅和聚二甲硅氧烷中的一种。
进一步地，所述周期阵列的周期P＝Px＝Py。
进一步地，所述周期P为280-440nm。
进一步地，所述二氧化钛颗粒的长度为130-340nm，宽度为70-180nm，高度为160-300nm。
我们发现，在二氧化钛颗粒设置于衬底表面的结构中，随二氧化钛颗粒高度h增大，这种高反射和窄带宽的全介质滤光片的反射峰的带宽和中心波长都会增大；随二氧化钛颗粒长度x的增大，反射峰的反射率也随之增大，但反射峰的带宽和中心波长变化相对较小；随二氧化钛颗粒宽度y增大，反射率和带宽均迅速增加，中心波长红移明显。因此二氧化钛颗粒沿光源偏振方向的长度对反射光谱的调谐度较小，在这一方向上具有一定的稳定性。
随着二氧化钛颗粒尺寸的增大，我们发现其反射光谱在550nm处会产生一个突出尖锐的次级峰，进一步拓展反射峰的带宽。对此，我们进一步研究发现，当周期P＝Px＝Py＝300nm时，一个明显的次级峰出现在反射峰的左边，次级峰和反射共振峰的波长分别为439nm和493nm。随着周期P的增大，次级峰和反射峰的中心波长都发生明显的红移，但次级峰红移的速度要明显快于反射峰的速度，次级峰与反射峰之间的距离越来越近，最终当P＝380nm时，次级峰和反射峰完全重合在一起，反射谱中只出现一个单一的反射峰。随着周期的增大，反射峰的带宽FWHM也逐渐变小。在周期从300nm增大到390nm的过程中，反射峰的带宽FWHM从18nm减小到3nm，在P＝300-380nm时，反射峰的反射率几乎不发生变化，反射峰的波长从493nm变化到570nm。通过对比次级峰波长和周期的关系，我们发现次级峰是由表面晶格共振(surface lattice resonance,SLR)产生的。表面晶格共振由于能够有效抑制体系的辐射损耗，增大局域场强，因而具有很高的品质因子。
进一步地，所述二氧化硅的介电常数为2.12-2.16，所述二氧化钛等的介电常数为5.01-6.31。
进一步地，所述二氧化钛颗粒完全嵌入所述衬底中。
我们发现，当二氧化钛颗粒嵌入衬底中时反射峰的带宽更窄，其带宽由10nm减小到3nm。当TiO2未嵌入SiO2衬底中时，场强都局域在TiO2结构中或TiO2与SiO2的交界面，由于TiO2周围都是空气，TiO2不断向周围辐射光场能量，使得其内部的局域场强相对较弱，反射峰的带宽较宽。而当TiO2嵌入SiO2衬底中时，电场不仅局域在TiO2结构中，同样在TiO2与SiO2中以及表面也有很强的电场分布，这种情况下局域的场强明显更强，有效抑制了辐射损耗，因此反射峰的带宽变得更窄。
当采用具有延展性和柔性拉伸特点的聚二甲硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)作为衬底，我们发现将二氧化钛颗粒嵌入其中，器件的反射率更高、带宽更小，同时随二氧化钛颗粒尺寸增大，这种结构的带宽和中心波长红移都更小，光学特性更加稳定。当对PDMS衬底施加机械拉力调节周期P时，我们发现反射峰的波长由周期P＝280nm时的430nm红移到周期P＝440nm时的630nm，红移量为SiO2衬底的近3倍。其反射峰波长能在430nm-630nm范围内自由调谐，波长的变化范围几乎覆盖了可见光波段的2/3，其对应的光波颜色可以一直从蓝色变化到红色，具有丰富的颜色变化。
本发明的另一个目的在于，提供上述高反射和窄带宽的全介质滤光片的制备方法，包括如下步骤：
S1.在衬底上旋涂PMMA光刻胶，转速为3000-4000r/min；
S2.根据设计的二氧化钛颗粒结构尺寸对衬底上的光刻胶进行电子束光刻曝光和显影，干燥后得到光刻胶逆结构；
S3.将所述光刻胶逆结构放入ALD腔内，沉积二氧化钛直至完全填满光刻胶上的孔隙；
S4.使用Ar和CF4混合气体进行离子束刻蚀去除光刻胶顶部的残留二氧化钛膜和残余的光刻胶，得到高反射和窄带宽的全介质滤光片1。
进一步地，还包括：
S5.对所述高反射和窄带宽的全介质滤光片1沉积二氧化硅，然后进行抛光，得到高反射和窄带宽的全介质滤光片2；
或者
在所述高反射和窄带宽的全介质滤光片1上浇铸聚二甲硅氧烷，加热固化后，从衬底上剥离，得到高反射和窄带宽的全介质滤光片2。
进一步地，所述高反射和窄带宽的全介质滤光片的制备方法，包括如下步骤：
S1.首先利用匀胶机在衬底上旋涂上3％的PMMA光刻胶，转速为3000-4000r/min，光刻胶的厚度通过匀胶机转速来控制，这个厚度也就是决定最终纳米结构的高度h(160-300nm)；
S2.根据设计的二氧化钛颗粒的结构尺寸对衬底上的光刻胶进行电子束光刻曝光(加速电压为30kV、剂量为15nC/cm)和显影(在1:3MIBK:IPA溶液中1min，在-18℃的IPA中1min)，干燥后得到衬底表面二氧化钛颗粒的光刻胶逆结构；
S3.然后将样品放入ALD腔内，以每循环(6s)
的速率沉积TiO2直至完全填满光刻胶上的孔隙；
S4.使用Ar和CF4混合气体在15mTorr的压力和800W的ICP功率下进行离子束刻蚀去除光刻胶顶部的残留TiO2膜，并去除残余的光刻胶，得到高反射和窄带宽的全介质滤光片1；
S5.对所述高反射和窄带宽的全介质滤光片1沉积2mm的SiO2，进行抛光，得到高反射和窄带宽的全介质滤光片2；
或者
在所述高反射和窄带宽的全介质滤光片1上浇铸2.5mm的聚二甲硅氧烷，并在80℃的氮气清洗烘箱中至少固化2h，然后从衬底上剥离，得到高反射和窄带宽的全介质滤光片2。
本发明的另一个目的在于，提供上述高反射和窄带宽的全介质滤光片，在可视化力学传感器、高灵敏彩色图像传感器、全彩显示、彩色全息、微型光谱仪、纳米光学防伪和多通道高光谱成像技术领域的应用。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明的高反射和窄带宽的全介质滤光片具有高反射率、窄带宽的滤光性能，其光学特性更加稳定，且具有随周期的变化带宽和中心波长变化明显的特点，这一特性可应用于可视化的力学传感器。此外，随周期的增大，本发明的高反射和窄带宽的全介质滤光片带宽可以窄到几个纳米。这种窄带滤光片可为高灵敏彩色图像传感器、全彩显示、彩色全息、微型光谱仪、纳米光学防伪及多通道高光谱成像技术提供应用，具有良好的应用前景。
附图说明
图1示出了本发明实施例中的单一元胞结构示意图，
其中，
图1(a)为实施例1的单一元胞结构示意图；
图1(b)为实施例2-3的单一元胞结构示意图。
图2示出了不同尺寸下实施例1结构器件的反射光谱图。
图3示出了实施例2的高反射和窄带宽的全介质滤光片的反射中心波长对应电场分布图。
图4示出了实施例3结构下不同二氧化钛颗粒尺寸的滤光片的反射光谱图，
其中，
图4(a)为不同高度下二氧化钛颗粒的反射光谱图；
图4(b)为不同长度下二氧化钛颗粒的反射光谱图；
图4(c)为不同宽度下二氧化钛颗粒的反射光谱图。
图5示出了实施例3结构下不同PDMS衬底尺寸的滤光片的反射光谱图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明的技术方案，列举如下实施例。实施例中所出现的原料、反应和后处理手段，除非特别声明，均为市面上常见原料，以及本领域技术人员所熟知的技术手段。
本发明中的词语“优选的”、“优选地”、“更优选的”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。此外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之外。
应当理解，除了在任何操作实例中，或者以其他方式指出的情况下，表示例如说明书和权利要求中使用的成分的量的所有数字应被理解为在所有情况下被术语“约”修饰。因此，除非相反指出，否则在以下说明书和所附权利要求中阐述的数值参数是根据本发明所要获得的期望性能而变化的近似值。
本发明实施例中的二氧化硅的介电常数为2.12-2.16，所述二氧化钛的介电常数为5.01-6.31。
本发明实施例中的聚二甲硅氧烷为PDMS(sylgard 184,Dow corning)。
图1示出了本发明实施例中的单一元胞结构示意图，
其中，
图1(a)为实施例1的单一元胞结构示意图；
图1(b)为实施例2-3的单一元胞结构示意图。
实施例1
一种高反射和窄带宽的全介质滤光片，所述高反射和窄带宽的全介质滤光片为呈周期阵列结构的100行×100列的10000个单一元胞构成，所述单一元胞包括二氧化硅衬底和二氧化钛颗粒；其中，
所述单一元胞彼此平行设置；
所述二氧化钛颗粒未嵌入二氧化硅衬底；
所述周期阵列的周期P＝衬底长度Px＝衬底宽度Py＝305nm；
所述二氧化钛颗粒的长度为165nm，宽度为100nm，高度为200nm；
所述高反射和窄带宽的全介质滤光片的反射光谱中，对入射光的反射率为99％，反射峰的中心波长为450nm，反射峰的带宽为10nm。
所述高反射和窄带宽的全介质滤光片的制备方法包括如下步骤：
S1.利用匀胶机在衬底上旋涂3％的PMMA光刻胶，转速为3000r/min，得到厚度为200nm的光刻胶层；
S2.根据二氧化钛颗粒的结构尺寸对所述光刻胶层进行电子束光刻曝光(加速电压为30kV、剂量为15nC/cm)和显影(在1:3MIBK:IPA溶液中1min，在-18℃的IPA中1min)，干燥后得到光刻胶逆结构；
S3.将所述光刻胶逆结构放入ALD腔内，以每循环(6s)
的速率沉积TiO2直至完全填满光刻胶上的孔隙；
S4.使用Ar和CF4混合气体在15mTorr的压力和800W的ICP功率下进行离子束刻蚀去除光刻胶顶部的残留TiO2膜，并去除残余的光刻胶，得到高反射和窄带宽的全介质滤光片。
实施例2
一种高反射和窄带宽的全介质滤光片，所述高反射和窄带宽的全介质滤光片为呈周期阵列结构的100行×100列的10000个单一元胞构成，所述单一元胞包括二氧化硅衬底和二氧化钛颗粒；其中，
所述单一元胞彼此平行设置；
所述二氧化钛颗粒完全嵌入二氧化硅衬底中；
所述周期阵列的周期P＝衬底长度Px＝衬底宽度Py＝375nm；
所述二氧化钛颗粒的长度为160nm，宽度为80nm，高度为200nm；
所述高反射和窄带宽的全介质滤光片的反射光谱中，对入射光的反射率为96％，反射峰的中心波长为550nm，反射峰的带宽为3nm。
所述高反射和窄带宽的全介质滤光片的制备方法包括如下步骤：
S1.利用匀胶机在衬底上旋涂3％的PMMA光刻胶，转速为3000r/min，得到厚度为200nm的光刻胶层；
S2.根据二氧化钛颗粒的结构尺寸对所述光刻胶层进行电子束光刻曝光(加速电压为30kV、剂量为15nC/cm)和显影(在1:3MIBK:IPA溶液中1min，在-18℃的IPA中1min)，干燥后得到光刻胶逆结构；
S3.将所述光刻胶逆结构放入ALD腔内，以每循环(6s)
的速率沉积TiO2直至完全填满光刻胶上的孔隙；
S4.使用Ar和CF4混合气体在15mTorr的压力和800W的ICP功率下进行离子束刻蚀去除光刻胶顶部的残留TiO2膜，并去除残余的光刻胶；
S5.沉积厚度为2mm的SiO2，进行抛光，得到高反射和窄带宽的全介质滤光片。
实施例3
一种高反射和窄带宽的全介质滤光片，所述高反射和窄带宽的全介质滤光片为呈周期阵列结构的100行×100列的10000个单一元胞构成，所述单一元胞包括聚二甲硅氧烷衬底和二氧化钛颗粒；其中，
所述单一元胞彼此平行设置；
所述二氧化钛颗粒完全嵌入聚二甲硅氧烷衬底中；
所述周期阵列的周期P＝衬底长度Px＝衬底宽度Py＝380nm；
所述二氧化钛颗粒的长度为160nm，宽度为80nm，高度为160nm；
所述高反射和窄带宽的全介质滤光片的反射光谱中，对入射光的反射率为97％，反射峰的中心波长为550nm，反射峰的带宽为2nm。
所述高反射和窄带宽的全介质滤光片的制备方法包括如下步骤：
S1.利用匀胶机在衬底上旋涂3％的PMMA光刻胶，转速为4000r/min，得到厚度为160nm的光刻胶层；
S2.根据二氧化钛颗粒的结构尺寸对所述光刻胶层进行电子束光刻曝光(加速电压为30kV、剂量为15nC/cm)和显影(在1:3MIBK:IPA溶液中1min，在-18℃的IPA中1min)，干燥后得到光刻胶逆结构；
S3.将所述光刻胶逆结构放入ALD腔内，以每循环(6s)
的速率沉积TiO2直至完全填满光刻胶上的孔隙；
S4.使用Ar和CF4混合气体在15mTorr的压力和800W的ICP功率下进行离子束刻蚀去除光刻胶顶部的残留TiO2膜，并去除残余的光刻胶；
S5.浇铸厚度为2.5mm的PDMS，并在80℃的氮气清洗烘箱中至少固化2h，然后从衬底上剥离，得到高反射和窄带宽的全介质滤光片。
测试例1
对实施例1中高反射和窄带宽的全介质滤光片(其为二氧化钛颗粒未嵌入二氧化硅衬底表面的结构)进行性能测试。
测试方法：采用波长为400-700nm的光线沿垂直方向分别入射3种尺寸的高反射和窄带宽的全介质滤光片(尺寸参数分别为：P＝305nm、x＝165nm、y＝100nm、h＝200nm；P＝375nm、x＝250nm、y＝130nm、h＝200nm；P＝440nm、x＝340nm、y＝180nm、h＝200nm)，对其反射光谱进行分析。
测试结果图像如图2所示。
图2示出了不同尺寸下实施例1结构器件的反射光谱图。
根据图2可以得出，本发明的全介质滤光片的反射光谱中出现了尖锐的反射峰，反射峰的中心波长分别为蓝色450nm(P＝305nm、x＝165nm、y＝100nm)、绿色550nm(P＝375nm、x＝250nm、y＝130nm、h＝200nm)和红色650nm(P＝440nm、x＝340nm、y＝180nm、h＝200nm)，并且反射峰的反射率接近1，峰的带宽FWHM窄到10nm、10nm和11nm。
测试例2
对实施例2的高反射和窄带宽的全介质滤光片(其为二氧化钛颗粒完全嵌入二氧化硅衬底表面的结构)进行性能测试。
测试方法：采用波长为400-700nm的光线垂直入射实施例2的高反射和窄带宽的全介质滤光片，对其反射峰中心波长对应的电场分布进行分析。
图3示出了实施例2的高反射和窄带宽的全介质滤光片的反射中心波长对应电场分布图，从左到右分别为xy截面、xz截面和yz截面。
根据图3可以得出，当TiO2嵌入SiO2衬底中时，电场不仅局域在TiO2结构中，同样在TiO2与SiO2中以及表面也有很强的电场分布，因此局域的场强明显增强，从而有效减小了辐射损耗，并进一步使反射峰的带宽变窄。
测试例3
对实施例3的高反射和窄带宽的全介质滤光片(其为二氧化钛颗粒完全嵌入二氧化硅衬底表面的结构)进行性能测试。
(1)二氧化钛颗粒尺寸变化对滤光片性能的影响
测试方法：采用波长为400-700nm的光线沿垂直方向分别入射不同尺寸的高反射和窄带宽的全介质滤光片，测试二氧化钛颗粒在不同高度、不同长度、不同宽度下的反射光谱(尺寸参数分别为：P＝380nm、x＝160nm、y＝80nm、h＝160-300nm；P＝380nm、y＝80nm、h＝200nm、x＝130-200nm；P＝380nm、x＝160nm、h＝200nm、y＝70-140nm)。
测试结果如图4所示。
图4示出了实施例3结构下不同二氧化钛颗粒尺寸的滤光片的反射光谱图，
其中，
图4(a)为不同高度下二氧化钛颗粒的反射光谱图；
图4(b)为不同长度下二氧化钛颗粒的反射光谱图；
图4(c)为不同宽度下二氧化钛颗粒的反射光谱图。
根据图4可以得出，图4(a)中，当高度h＝160nm时，在中心波长550nm处的反射峰的反射峰带宽为2nm，反射率接近100％，随着h增加，反射峰的中心波长发生红移，反射共振峰和表面晶格共振峰开始分离，在h＝220nm时，反射谱中开始出现明显的表面晶格共振峰。随着h的继续增加，晶格共振峰的反射率不断增大，反射峰的中心波长继续红移，最终反射峰一分为二。反射共振峰和表面晶格共振峰的分离会增大反射峰的带宽，当h＝300nm时，反射峰的带宽FWHM＝11nm，中心波长为561nm，对比h＝160nm时的反射光谱，反射峰中心波长产生的红移为14nm。图4(b)中，随着长度x的增大，反射峰的反射率也随之增大，在x＝150nm附近反射率接近100％，与图4(a)类似，反射共振峰和表面晶格共振峰发生分离，当x＝200nm时，FWHM＝13nm，中心波长红移10nm。图4(c)中，随着TiO2宽度y的增加，这种周期阵列结构的反射共振峰和表面晶格共振峰发生分离，当y＝140nm时，反射峰带宽FWHM＝10nm，中心波长592nm，反射峰红移6nm。图4(a)-(c)中，随着TiO2的结构尺寸增大，反射峰的带宽和中心波长的红移都极小，器件的光学特性具有较强的稳定性，因此，这种嵌入式的结构在实验制备和实际应用中具有独特的优势。
(2)PDMS衬底周期变化对滤光片性能的影响
测试方法：对单一元胞中二氧化钛尺寸为x＝160nm、y＝80nm、h＝200nm，PDMS衬底周期P分别为280nm-440nm的器件结构进行反射光谱测试。
测试结果如图5所示。
图5示出了实施例3结构下不同PDMS衬底尺寸的滤光片的反射光谱图。
根据图5可以得出，随着周期的增大，反射共振峰产生了较大的红移，反射峰的波长由周期P＝280nm时的430nm红移到周期P＝440nm时的630nm，反射峰中心波长红移量较大，达到200nm。其反射峰波长能在430nm-630nm范围内自由调谐，波长的变化范围几乎覆盖了可见光波段的2/3，其对应的光波颜色可以一直从蓝色变化到红色，丰富的颜色变化可以应用在新型的可视化力学传感器上。在周期从P＝280-360nm的过程中，表面晶格共振峰与反射共振峰不重叠在一起，反射谱中反射峰劈裂开来，这使得反射峰的带宽较大。当P＝280nm时，FWHM＝22nm。随着周期P的增大，表面晶格共振峰与反射共振峰逐渐趋于重叠，反射峰的带宽逐渐变小，当P＝440nm时，FWHM＝2nm。在P＝380-440nm之间，反射峰的带宽为几纳米，这在高灵敏彩色图像传感器、全彩显示、彩色全息、微型光谱仪、纳米光学防伪及多通道高光谱成像等领域有着重要的应用。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种高反射和窄带宽的全介质滤光片，其特征在于，所述高反射和窄带宽的全介质滤光片选自高反射和窄带宽的全介质滤光片1或高反射和窄带宽的全介质滤光片2；
所述高反射和窄带宽的全介质滤光片为呈周期阵列结构的m行×n列的若干个单一元胞构成，所述单一元胞包括衬底和二氧化钛颗粒；
其中，
所述单一元胞彼此平行设置；
所述高反射和窄带宽的全介质滤光片1的结构为二氧化钛颗粒未嵌入衬底中；
所述高反射和窄带宽的全介质滤光片2的结构为二氧化钛颗粒完全嵌入衬底中；
所述衬底的周期长度Px与宽度Py相等；
所述m和n为正整数；
所述高反射和窄带宽的全介质滤光片的反射光谱中，对入射光的反射率为90-100％，反射峰的中心波长为430-630nm，反射峰的带宽为2-22nm。
2.根据权利要求1所述高反射和窄带宽的全介质滤光片，其特征在于，所述衬底选自二氧化硅和聚二甲硅氧烷中的一种。
3.根据权利要求1所述高反射和窄带宽的全介质滤光片，其特征在于，所述周期阵列的周期P＝Px＝Py。
4.根据权利要求3所述高反射和窄带宽的全介质滤光片，其特征在于，所述周期P为280-440nm。
5.根据权利要求1所述高反射和窄带宽的全介质滤光片，其特征在于，所述二氧化钛颗粒的长度为130-340nm，宽度为70-180nm，高度为160-300nm。
6.根据权利要求2所述高反射和窄带宽的全介质滤光片，其特征在于，所述二氧化硅的介电常数为2.12-2.16，所述二氧化钛的介电常数为5.01-6.31。
7.根据权利要求1所述高反射和窄带宽的全介质滤光片，其特征在于，所述二氧化钛颗粒完全嵌入所述衬底中。
8.权利要求1-7任一项所述高反射和窄带宽的全介质滤光片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.在衬底上旋涂PMMA光刻胶，转速为3000-4000r/min；
S2.根据设计的二氧化钛颗粒结构尺寸对衬底上的光刻胶进行电子束光刻曝光和显影，干燥后得到光刻胶逆结构；
S3.将所述光刻胶逆结构放入ALD腔内，沉积二氧化钛直至完全填满光刻胶上的孔隙；
S4.使用Ar和CF4混合气体进行离子束刻蚀，去除光刻胶顶部的残留二氧化钛膜和残余的光刻胶，得到高反射和窄带宽的全介质滤光片1。
9.根据权利要求8所述高反射和窄带宽的全介质滤光片的制备方法，其特征在于，还包括：
S5.对所述高反射和窄带宽的全介质滤光片1沉积二氧化硅，然后进行抛光，得到高反射和窄带宽的全介质滤光片2；
或者
在所述高反射和窄带宽的全介质滤光片1上浇铸聚二甲硅氧烷，加热固化后，从衬底上剥离，得到高反射和窄带宽的全介质滤光片2。
10.权利要求1-7任一项所述高反射和窄带宽的全介质滤光片，在可视化力学传感器、高灵敏彩色图像传感器、全彩显示、彩色全息、微型光谱仪、纳米光学防伪和多通道高光谱成像技术领域的应用。
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