[实用新型]一种基于多层金属膜结构的滤波器

说明书

所属技术领域

本实用新型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。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实用新型专利；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，本实用新型滤波器中，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，本实用新型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。

实用新型内容：

基于上述考虑，本实用新型提出一种基于多层金属膜结构的滤波器：由3层介质层、2层金属膜光栅层、反射金属层依次组成；3层介质层与2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3层介质层下方加载反射金属层。

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400nm～1000nm之间，优选值在600nm～800nm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。

相邻金属膜光栅层无重叠结构，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。

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。

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。