基于微纳结构的光子学器件由于其良好的光学特性、较好的工艺兼容性、突出的可集成性等优势在显示、探测、成像、遥感、印刷等诸多领域有着广阔的应用前景。近几十年来,研究人员对各类微纳结构光子器件进行了广泛的研究,取得了大量新颖重要的研究成果。本文在这些研究的基础上,对特殊微纳结构和薄膜结构的颜色滤光片进行了深入研究：1.提出了基于二维亚波长硅光栅、金属-介质-金属光栅、金属光栅三种微纳结构的角度不敏感颜色滤光片,对光学特性、角度特性、颜色特性进行了深入研究,并通过电场分布研究了角度不敏感滤波特性的物理机理。提出的亚波长硅光栅滤光片呈现的红绿蓝三基色反射色饱和度高亮度值高,而基于局域表面等离子体谐振效应的亚波长金属-介质-金属光栅滤光片和亚波长金属光栅滤光片其光学特性具有优异的入射角、偏振角、方位角角度不敏感性。其中,亚波长金属光栅滤光片不仅可以实现反射式红绿蓝的颜色特性,还可以实现透射式青品黄的颜色特性,从而有望在多领域发挥作用。2.通过在周期规则的多孔氧化铝中填充高折射率氧化物从而改变等效折射率的方法制备了颜色可调的颜色滤光片。只需要通过简单地调节多孔氧化铝的孔径以及原子层沉积的高折射率氧化物的沉积厚度,就可以实现较大色域空间的颜色调制,这种新型的颜色调控方式有望在印刷、装饰等领域有广泛应用。3.研究了基于Ag/Si/Cr/TiO2多层薄膜、Ag/SiOx/Ag多层薄膜、Si/Si3N4膜堆的角度不敏感颜色滤光片,对光学特性、角度特性、颜色特性进行了深入分析,并通过相移等方法研究了薄膜角度不敏感特性的物理机理。Ag/Si/Cr/TiO2结构滤光片首次实现了反射式红绿蓝角度不敏感滤波特性,使得彩色电子书,反射式显示成为可能。根据金属-介质-金属薄膜的谐振条件,我们提出了一种折射率可调的硅氧化物来实现整个可见光波段的谐振激发,从而实现透射式的全色彩显示。利用非晶硅在400nm-600nm波段的较大吸收,a-Si/Si3N4膜堆的角度不敏感长波通滤光片不仅在截止波段具有出色的截止特性,还具有较小的偏振分离特性。4.研究了一种基于一维亚波长光栅结构用于平板显示应用45。工作的反射型滤波型偏振分束器,此分束器不反射TM偏振光,选择性反射部分波长的TE偏振光从而产生颜色。只需要通过简单地调节介质光栅层的厚度,就可以得到不同TE偏振反射色的滤波偏振器件。这种集滤波和偏振两种功能于一身的滤波偏振器件可以减小平板显示中光学元件的个数,使得内部结构更加紧凑,提高集成化。5.提出了一种基于多层薄膜结构的用于穿戴显示应用的滤波偏振分束器,反射红、绿、蓝三基色波段的s偏振光,而透射其余波段的s偏振光与所有波段的p偏振光,因此可以大大提高光能量的利用率,同时对成像色彩不发生改变。6.提出了一种基于紧凑薄膜结构的可见-近红外超宽波段吸收器,由于采用了多种不同带隙的吸收材料以及渐变折射率的材料分布方式,吸收器在400nm-2000nm波段的平均吸收高达98%。这种结构吸收器能实现400nm-3500nm波段的高吸收,在同类薄膜结构中具有最宽的吸收带宽。此外,该吸收器具有良好的入射角度不敏感特性,即使以一个较大角度(700)入射,其平均吸收仍大于80%。7.研究了一种基于亚波长光栅结构的多窄带吸收器,该吸收器具有多个吸收带,带宽可达到30nm甚至更小,而吸收率达到96%以上,表面等离子体谐振和法布里玻罗谐振共同作用形成了这些多窄带完全吸收特性。