颜色滤波器是现代光学器件中的重要组成部分。随着社会的发展与科技的进步,以印染成色为主的传统颜色滤波器弊端逐步显现,越来越无法满足人们日益增长的需求,尤其是在彩色图像超高分辨还原领域,传统滤波器成色单元尺寸受限于衍射极限无法进一步缩小,阻碍了纳米像素单元和精细集成电路的发展。基于表面等离子激元原理的新型颜色滤波器,结构简单,仅依靠改变自身纳米结构单元就能方便地实现滤波成色,从根本上突破了光学衍射的限制,对颜色滤波器的发展的具有重要意义。以表面等离子激元为基础发展起来的新型颜色滤波器种类繁多,各具特色,但也存在着一些局限性,需要进一步的研究和改善。如基于光学超高透射EOT现象的颜色滤波器透射效率较低,而新兴的基于光学超低透射ELT现象的一维光栅颜色滤波器,虽然解决了透射率低的问题,但滤波效果与入射光的偏振态相关,这些缺陷严重影响了它们的实际应用。为此,本文提出了一种全新的基于光学超低透射现象的超薄银膜二维颜色滤波器,并展开了理论和实验研究。首先介绍了金属表面等离子激元的原理和特性,包括其色散关系,穿透深度和传播长度等。阐述了金属表面等离子激元的入射光耦合激发方式,并对光栅耦合需求的微结构加工方法进行了探讨和分析,着重论述了各种膜层制备技术以及微纳结构制备技术的优缺点。随后经过一系列建模计算,提出了一种超薄银膜二维圆孔阵列颜色滤波器模型,该模型不仅透射率高,而且滤波效果与入射光偏振无关。利用时域有限差分软件FDTD Solutions,分别从不同的材料厚度,圆孔阵列周期和占空比等方面,对其展开了仿真,通过对仿真结果的详细分析和可行性实验验证,掌握了滤波器颜色调控规律,并对等离子激元颜色调控机理做出了解释。为了进一步实现高透射率,高纯度的颜色滤波器,本文以超薄银膜上的二维圆孔阵列颜色滤波器为基础,进一步展开优化研究,提出一种通过圆孔阵列错位量调控滤波器颜色纯度的新方法。该方法通过合理地改变纳米孔阵的排列方式,在保持原有高透射率的优势的基础上,可以有效地提高滤波成色纯度。结合系统的模型仿真结果和一系列的样品测试数据,给出了制备高透射、高纯度二维错位圆孔颜色滤波器由预期颜色到滤波器参数的经验公式。并利用推导得出的二维错位圆孔表面等离子激元的波长匹配公式,解释了其实现颜色调控的物理机制。为使二维阵列颜色滤波器能够顺利地生产应用,有必要设计一种高效大面积制备表面等离子激元滤波器的方法。本文通过分析传统制备方法的特点及尚存的局限性,提出了一种全新的基于XIL光路高效大面积制备二维阵列颜色滤波器的四光栅干涉拼接方法。该方法曝光精度高,单次曝光面积大,时间短。并且可以通过在光路中设计和添加级次选择光阑,有效避免零级光在曝光面上的干扰,再配合样品台相应的移动和挡光光阑适时开关,理论上可实现曝光区域的完美拼接。在此基础上,本文相应地提出了一种在不改变周期情况下,仅通过改变占空比调控颜色的新方法,大大提升了 XIL光路中掩膜光栅的利用效率,有效降低了实际大面积制备多种型号滤波器时的生产成本,使得XIL多光栅拼接技术更具有实用性。最后对本文的研究成果及创新点进行总结:提出了一种高透射率且偏振无关的超薄银膜二维圆孔阵列颜色滤波器模型,并开展了系统的理论和实验研究,建立完备的数理模型;开展了提升超薄银膜二维圆孔阵列颜色滤波器模型颜色纯度的研究,提出了 一种利用圆孔阵列错位量在不改变滤波器透射率前提下,调控颜色纯度的新方法。研究总结出由预期颜色到滤波器参数的指导公式;开展了相应制备工艺和试验方法的研究,提出了一种基于XIL光路高效大面积制备二维阵列颜色滤波器的四光栅干涉拼接方法。另外,指出了本课题中需要进一步解决的问题,并对该领域尚待开发的新方向提出了展望。