[发明专利]一种基于多层金属膜结构的滤波器

说明书

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；