摘要
滤光片通过选择性地透过或阻挡特定波段的光线，在光学系统中实现精确的光谱调控。随着高端光学装备向高精度、小型化、轻量化、高集成度等方向发展，集成滤光片技术飞速发展并得到广泛应用。本文系统介绍了集成滤光片技术的发展历程，整理了集成滤光片的类型和技术方案，分析了集成滤光片面临的技术挑战，并对其未来发展趋势进行了展望。
Abstract
Filters achieve precise spectral modulation in optical systems by selectively transmitting or blocking light of specific wavelengths. With the advancement of high-end optical equipment towards higher precision, miniaturization, lightweight design, and high integration, integrated filter technologies have rapidly developed and gained widespread application. This paper systematically introduces the development history of integrated filter technologies, summarizes the types and technical solutions of integrated filters, analyzes the technical challenges faced by integrated filters, and looks forward to future development trends.
0 引言
光学薄膜作为现代光学系统中实现光调控的重要材料，已广泛应用于成像系统、激光装置以及光通信设备。其中，光学滤光片作为典型代表，通过对特定波段光的选择性透过与抑制，实现对入射光谱的精细调控。它既能从复杂背景中提取目标信号(如遥感探测中分离地物特征)，又能抑制干扰噪声(如激光系统中滤除杂散光)，还能实现波长路由功能(如通信波分复用中分隔信道)。这种对光谱的裁剪与重塑能力，使其成为现代光电系统实现高精度探测、高对比度成像和高速通信的核心元件[1-2]。然而随着科技的飞速发展，人们对滤光片便携性与高精度的需求越来越高，传统滤光片在实际应用中仅能实现单通道光谱筛选，不能应对更进一步的多波段需求，无法适配便携式医疗设备、卫星载荷、微型传感器等对集成度和轻量化要求高的场景。
近年来，滤光片正朝着小型化、集成化、多通道方向发展[3]，因此集成滤光片应运而生。它通过多波段光谱调控策略[4]，在一定程度上克服了传统单通道滤光片的局限性。因此，研究集成滤光片对于实现光谱探测系统的轻量化与高集成度具有重要应用价值，为光谱信息的高效获取与系统性能优化提供了关键技术支撑。
本文梳理不同集成方式的集成滤光片的国内外研究现状，总结其设计和制备技术，并分析集成滤光片当前面临的技术挑战与未来发展趋势。
1 集成滤光片的集成方式
集成滤光片是指在同一基底或探测器表面上集成多个具有不同光谱响应特性的滤光单元，从而实现多波段选择、分光或复合光谱调控的新型光学器件。其每个通道的本质是一个微型化的滤光片单元。根据实现机理的不同，集成滤光片目前主要可分为拼接式集成滤光片、单片式集成滤光片以及基于超表面的微纳集成滤光片。
1.1 拼接式集成滤光片
拼接式集成滤光片通过专用粘合胶将多个具有不同光谱性能的滤光片单元整合于同一基板上，从而实现多波段光谱调控。其拼接方式主要分为衬底拼接和无衬底拼接两种。衬底拼接是将研制好的窄带滤光片并排粘接在同一衬底上。由于有衬底支撑，其机械强度高，抗振动性能好，但衬底的双面反射以及粘接胶的吸收会引起通道透射信号强度减弱，光学系统信噪比下降。而无衬底拼接避免了衬底和粘结胶对透射信号的影响，但对工艺精度和膜层附着力要求极高，且成本相对非常高。
近年来，拼接式集成滤光片已在中短波红外多通道探测中实现了工程化应用。2022年，王润福等人[4]利用图1所示的无衬底拼接涂胶的集成方式，研制出了4通道短中波红外长线阵拼接集成滤光片。实验结果表明，该集成滤光片各通道的平均透射率达到90%，最小带宽为230 nm(中心波长为4.95 μm)，光谱性能与设计结果吻合，满足性能指标要求；最小拼缝宽度仅为10 μm，拼缝不平行误差为1 μm。此集成滤光片已经在空间光学遥感仪器上得到了成功应用。
拼接式集成滤光片实现方法简单，对滤光片镀膜要求低，应用广泛。但传统的拼接结构在高密度集成时相邻滤光片易产生尺寸干扰，进而引入光学串扰[5]。此外，使用拼接技术制备的集成滤光片，无论是单元尺寸还是接缝精度都受限在亚毫米量级，进一步限制了其在超高分辨率、多通道集成阵列成像系统中的应用。
1.2 单片式集成滤光片
单片式集成滤光片通过微纳加工工艺，直接在单一基底上构建多个光谱通道，使各通道以统一结构的形式一次性实现集成。与拼接式集成滤光片需要依赖薄膜分区沉积、裁切、胶合拼接以及后续组装的方式不同，单片集成方案将所有滤光功能在芯片尺度内完成布局与加工，无需额外的机械对准或封装工序。该方法不仅显著提升了通道之间的尺寸精度与光谱一致性，还有效避免了由拼接缝隙引入的串扰、应力失配和装配误差，为实现高密度、高稳定性、多通道光谱探测提供了更优的集成平台。凭借在小型化、可靠性以及批量制造能力方面的突出潜力，单片式集成滤光技术已成为当前国内外光谱滤光器领域的重要研究方向与发展重点。
Fig.
1
(a) Schematic diagram of splicing and adhesive bonding process; (b) Schematic diagram of a 4-channel integrated filter [4]
单片式集成滤光片的结构形式主要分为两类：一类是阶跃式集成法布里珀罗(Fabry-Pérot, F-P)腔滤光片，另一类是线性渐变滤光片(Linear Variable Filter, LVF) [6-7]。前者通过不同腔长实现离散的窄带滤波；后者则通过厚度沿一维方向线性变化，实现连续波长的滤光效果。
1.2.1 集成F-P腔滤光片
集成F-P腔滤光片[8-9]通过在同一基底上构建多个具有不同光学腔长的谐振腔，实现多通道窄带滤波功能。如图2所示[10]，上下两层是由高低折射率交替的多层介质膜堆叠而成的分布式布拉格反射镜(Distributed Bragg Reflector, DBR)，通过改变中间间隔层的光学厚度即可调谐各通道的中心波长。由于F-P腔具有光谱选择性强、带宽窄、透射率高等优点，这类滤光片在多光谱及高光谱成像应用中表现突出，是当前多通道集成滤光技术的重要发展方向之一。
早期工作主要依托组合刻蚀/沉积法，实现了滤光片的初步集成。图3为组合刻蚀法的示意图，只需通过 𝑁 次刻蚀便可获得2𝑁个通道。组合沉积的原理与其类似。该方法可极大地提升多通道集合滤光片的制备效率和成品率[11]。1997年，Frank M等人[12]采用组合刻蚀法制备了可见光波段的双通道滤光片阵列，并通过添加刻蚀停止层精确控制刻蚀停止的位置。该滤光片阵列的峰值透过率达到90%，单元尺寸为25 μm，接缝精度小于100 nm。1994年，程实平等人[13]采用光化学掩模分离法研制出3通道短波红外滤光片。2005年，林炳等人[14]采用组合刻蚀法制备出了8个通道的中波红外窄带滤光片。该滤光片的通道宽度为0.7 mm，周期线宽为1 mm。2006年，王少伟等人提出了组合刻蚀法和组合镀膜法这两种重要方法，并成功研制了可见-近红外波段32个通道和中红外2~3 μm波段16个通道的集成滤光片[15-17]。
虽然组合刻蚀/沉积方法能在很大程度上提高阶跃式集成F-P滤光片的制备效率，但是随着通道数增加，工艺步骤的复杂度显著提升，且厚度控制误差易累积，限制了其在超高密度集成中的应用。因此，研究人员提出了电子束曝光、纳米压印等微纳加工技术。
2009年，Lane J等人[18]基于剥离工艺制备了用于RGB色轮系统的三通道窄带滤光片。该滤光片的单元尺寸分别为10 μm×10 μm与19 μm×33 μm。2010年，Kong L等人[19]通过光刻技术，在电荷耦合器件(Charge-Coupled Device, CCD)焦平面上实现了4通道集成滤光片。该滤光片包含540 nm、577 nm、650 nm和970 nm四个特征波段，覆盖了可见光至近红外光谱范围。如图4所示，其单元结构尺寸为20.8 μm，最大峰值半宽度为30 nm。2012年，罗海瀚等人[20]运用组合镀膜法和光刻掩模法成功研制出了在中红外2.0~2.5 μm波段下工作的32通道窄带滤光片，实现了单元滤光片的光谱透射率均大于60%，带宽在7.0~12.9 nm之间。
2014年，Kutteruf M等人[21]利用光刻技术在短波红外焦平面探测器上集成了9通道的集成滤光片。如图5所示，滤光片阵列由3×3单元的重复图案组成，并成功地在1000~1700 nm范围内实现了9个谱段；峰值半宽度约为40 nm，透过率最高可达90%。该多光谱传感器跨越950 nm与1700 nm之间的三个短波红外大气透射窗口，已广泛应用于国防成像系统中。
2018年，Shen Y等人[22]运用纳米压印与化学气相沉积技术，成功构建了3×64结构的集成滤光片。如图6所示，该阵列包含三种不同中心波长的滤光单元，总工作范围覆盖507~670 nm，最高透射率达到96.5%，平均透射率为69.6%，半峰全宽(Full Width at Half Maximum, FWHM)的平均值为3 nm，最小值可至1.7 nm。
2021年，Wang C等人使用Nb₂O₅和SiO₂等材料设计了一种覆盖1460~1620 nm波长范围的超宽带多通道滤光片。该滤光片可实现超过200个峰值通道，其峰值通道透射率大于92% [23]。2021年，Xie Y Q等人研发了一款16通道像素级滤光片。如图7所示，该滤光片采用4×4阵列排布，其中每个单元均为15 μm×15 μm的正方形结构，中心波长覆盖1131~1699 nm光谱范围[24]。
Fig.
5
(a) Schematic diagram of 9-band multispectral scanning sensor; (b) 9-band spectral curves [21]
Fig.
6
(a) Three filter units with different center wavelengths; (b) Measured transmission spectra of 3×64 channels [22]
此外，针对传统F-P结构自由光谱范围与带宽之间的权衡问题，近年来出现了基于多腔耦合及相位调控的新型结构。2025年，Gao B等人提出并通过实验验证了一种基于MDR法布里珀罗谐振器的宽带多光谱滤光片结构(见图8(a))[25]。通过引入相位控制机制，不仅实现了400~1100 nm的工作宽带，而且还在拓宽工作波段的同时保持了较窄带宽，进一步提升了多通道滤光片的综合性能。16个不同中心波长的透射光谱如图8(b)所示。可以看出，透射率超过50%，FWHM值始终小于25 nm。
总体来看，集成F-P腔滤光片在光学性能和工艺成熟度方面具有明显优势，但其对腔长厚度和膜层均匀性的高度敏感性，使得在高通道数阵列中仍面临制造难度和生产中良率控制的挑战。
Fig.
7
16-channel pixel-level filters: (a) Geometric pattern; (b) Microscope image; (c) Transmission curve [24]
1.2.2 线性渐变滤光片
线性渐变滤光片是一种厚度在某一方向上均匀变化的带通滤光片，该厚度可能是谐振腔的厚度或者整体膜层的厚度，如图9所示[26-27]。它的制备过程相对比较简单。线性渐变滤光片的基本结构是基于F-P滤光片，当谐振腔的厚度或者整体膜层的厚度呈现线性增加时，滤光片的透射光谱在保持波形不变的同时向长波方向移动。因此，线性渐变滤光片可以等效地看作由一系列具有连续变化腔长的F-P滤光单元构成，光谱随着位置改变，从而实现光谱分光效果。
近年来，线性渐变滤光片凭借其在可见至红外波段较高的透射率和良好的线性波长分布特性，已被广泛应用于微型光谱仪和焦平面集成光谱系统。例如，2018年，Tang H等人[7]采用双离子束溅射技术制备可见-近红外波段的7通道线性渐变滤光片，通过基于线性可变修正公式的沉积速率调整实现了单层膜厚度变化。如图10(a)所示，该滤光片在520~1000 nm工作波段内具有40 nm/mm线性依赖性，通带透射率超过80%，带宽约为2.5%。2025年，Wang K X等人[28]利用真空热蒸发沉积技术结合动态掩膜，实现了膜厚和中心波长的线性变化，制备出了中红外32通道线性渐变滤光片。如图10(b)所示，该滤光片覆盖2.65~4.65 μm 波长范围，峰值透过率超过83%，线性色散系数达到130 nm/mm。
Fig.
8
(a) Schematic diagram of the broadband multispectral filter; (b) Transmission spectra of 16 channels [25]
然而，由于像元尺寸有限，线性渐变滤光片在实际应用中不可避免地存在空间平均效应，对系统光谱分辨率和定标精度提出了更高要求。
1.3 超表面集成滤光片
2011年，哈佛大学Federico Capasso团队[29]首次提出了超表面的相关定义——厚度小于波长、由亚波长平面周期结构组成阵列的人工超材料[30]。超表面一般由简单的微小元胞阵列组成，采用各向异性的单元结构(如矩形、椭圆形等)。作为一种特殊的集成滤光片，超表面集成滤光片能够有效调控光的振幅、相位、偏振和频率[31-32]，逐渐成为研究热点。
近年来，基于超表面的多通道滤光片在可见和近红外波段取得了一系列进展，并在快照式光谱成像和片上光谱仪中展现出独特优势。2018年，Shaltout A等人[33]提出图11所示的结构，在F-P微腔中引入超表面Ag光栅，通过嵌入不同占空比的超表面光栅，可以调控共振峰的波长。
2020年，McClung A等人[1]进一步提出了一种多孔径光谱成像仪，其重量不到20 mg，可同时采集795~980 nm光谱范围内的20个图像通道(每个通道均由超表面调谐滤波器和超透镜组成)。图12为其成像系统的示意图。当复色光线垂直入射到超表面调谐滤波器时，不同几何结构的超表面阵列只能允许特定波长的光波通过，将复色光分解为不同波段的单色光。滤波之后的单色光经超透镜阵列聚焦到探测器平面上，从而测量到图像中的光谱信息。
Fig.
10
Schematic diagram of the wedge structure of a linear variable filter and its transmission spectra: (a) 7 channels in the visible-near infrared band; (b) 32 channels in the mid-infrared band [7,28]
2022年，Xiao Y等人[34]设计了一款由超导纳米线单光子探测器和3D打印圆柱阵列滤光片(见图13)组成的光谱仪。通过在缓冲层上引入不同周期和厚度的纳米圆柱阵列，可以获得不同波段的光谱响应，并在1200~1700 nm范围内实现了5 nm分辨率。
尽管超表面集成滤光片在超薄化和多维光谱调控方面展现出显著优势，但其在大面积加工一致性、偏振敏感性以及长期稳定性方面仍面临挑战。目前相关研究大多集中于实验室验证阶段，距离工程化应用仍需进一步突破。
1.4 集成滤光片的常用制备工艺
高性能集成滤光片的实现离不开先进的微纳加工技术。通常，其制备流程主要包括基底制备、光刻胶图形化和结构图形化三个关键步骤。光刻胶图像的曝光工艺和结构图形化的刻蚀工艺是制备过程中的核心环节，决定了最终集成滤光片微纳结构的精度与性能一致性。
1.4.1 光刻工艺
光刻工艺是通过控制光束照射到光刻胶表面，使被光束照射的区域发生化学变化，导致光刻胶的化学性质改变，最后通过显影液浸泡去除正胶或者保留负胶，从而形成设计图案的胶结构。
电子束光刻(Electron-Beam Lithography, EBL)是制备超表面中最常用的光刻技术之一。通过聚焦电子束在光刻胶上直接绘制图案，其加工精度可达10 nm以内，具有易于控制、稳定性高以及精度高等优势，因此在微纳加工领域中占据重要地位。图14(a)所示为基于EBL的制备流程。EBL是一种逐像素式的技术，存在成本高、加工时间长、邻近效应明显等问题，导致EBL仅适用于实验室制备[35]。
与EBL制备原理不同，聚焦离子束(Focused Ion Beam, FIB)光刻技术不再使用电子束写入图案：光束不用于曝光抗蚀剂，而是对样品表面进行定点离子束轰击，直接去除表面中性和电离原子；通过偏转与加速系统控制离子束扫描位置和作用范围，实现微纳图形的检测分析和微纳结构的无掩模加工。与EBL相比，FIB具有更高的加工灵活性，但其设备成本较高、加工分辨率相对有限，因此难以满足大规模制造的需求。图14(b)所示为基于FIB的制备流程。
纳米压印光刻(Nano-Imprint Lithography, NIL)是一种制造纳米级图案的微纳加工工艺，即基于具有纳米级尺寸图案的模版，通过某种方式将图案作用到高分子材料衬底上，然后等比例压印复制图案[36]。图14(c)为NIL加工的示意图。该方法具有成本低、工期短、产量高和分辨率高等优点，已成为聚合物微纳结构加工的重要技术之一[37]，广泛应用于工业量产等领域。
Fig.
14
(a) Schematic diagram of EBL; (b) Schematic diagram of FIB; (c) Schematic diagram of NIL [36]
1.4.2 刻蚀工艺
刻蚀工艺是通过物理或化学方法，有选择地将未受掩模保护的部分表面逐层清除，经腐蚀处理掉需要去除的部分，准确地复制掩模图形的一种技术。刻蚀技术可以分为干法刻蚀和湿法刻蚀两种。其中，湿法刻蚀技术通过化学溶液(通常是酸、碱或氧化剂)与被刻蚀材料发生化学反应来去除未被掩模遮盖的部分。干法刻蚀技术则不依赖液体化学试剂，而是利用等离子体或物理轰击去除材料。它可以控制刻蚀方向，形成垂直或高深宽比结构，更适用于高精度集成滤光片的微纳加工。目前最常用的干法刻蚀技术是反应离子刻蚀和电感耦合等离子体刻蚀。
反应离子刻蚀(Reactive Ion Etching, RIE)结合了物理轰击和化学腐蚀。RIE通过射频电源在真空腔体内激发刻蚀气体来形成等离子体，然后利用等离子体中的活性基团与材料的化学反应，结合高能离子对材料表面的物理轰击，共同实现材料的选择性去除。但RIE的等离子体密度较低，且离子能量与等离子体密度难以独立调控。
电感耦合等离子体刻蚀(Inductively Coupled Plasma Etching, ICP)采用电感耦合方式产生等离子体：在刻蚀腔体外部或内部设置线圈，通入射频电流后产生交变磁场；磁场感应出强电场，使反应气体电离形成高密度等离子体。同时，ICP 系统通常额外设置一个射频偏压电极，独立控制轰击基底的离子能量。因此，ICP 可以分别调控等离子体密度和离子能量，灵活性更高，具有高精度控制、均匀刻蚀、良好垂直度和平滑表面等优势。
在集成滤光片的制备中，刻蚀工艺的精度直接决定了光谱通道的质量。因此，与传统RIE工艺相比，具有高密度等离子体和独立离子能量控制能力的ICP刻蚀技术更适用于制备高深宽比、低损耗的微纳滤光结构。
1.5 集成滤光片技术路线总结
综上所述，为满足多通道和高集成度光谱调控需求，集成滤光片逐渐形成了以拼接式、单片式和超表面结构为代表的主要技术路线。不同集成方式在集成密度、制造难度和应用成熟度等方面各具特点，其选择需综合考虑具体应用需求和工程实现条件。各类集成滤光片的技术特点对比如表1所示。总体而言，集成滤光片正朝着高密度单片集成与多功能协同调控方向持续发展。
表
1
各类集成滤光片的技术特点对比
Table
1
Comparison of Technical Features of Various Integrated Filters
2 集成滤光片的应用
凭借多通道、高集成度和小型化优势，集成滤光片已广泛应用于航天遥感、军事侦察和生物医学等领域。
2.1 航天遥感
集成滤光片作为航天器载光谱成像仪器的核心光学组件，通过多通道窄带滤波与高集成特性，支撑仪器精准捕获地球表面不同波段的光谱图像，从而实现对地表特征和环境变化的监测与分析，涵盖了地表覆盖分类、植被监测、水资源监测、土壤和地质勘探、城市规划以及环境监测等多个方面，为地球科学研究和资源管理提供了重要的技术手段[38-40]。
典型应用包括美国国家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration, NASA)的Landsat-8卫星搭载的业务陆地成像仪(Operational Land Imager, OLI)、欧洲空间局(European Space Agency, ESA)的Sentinel-2卫星搭载的多光谱成像仪(Multispectral Instrument, MSI)等，均依赖集成滤光片实现对地表不同波段反射率的精确采集[41]。我国在该领域也取得了显著进展，例如中国科学院上海技术物理研究所通过优化沉积过程中的温度场分布与膜层应力控制，实现了集成滤光片多通道结构的高一致性集成，显著提升了多通道光谱响应的一致性与系统稳定性。如图15所示，该滤光片已成功应用于FY-4气象卫星辐射成像仪，为星载多光谱探测系统的高精度定量观测提供了关键光谱调控支撑。
图
15
FY-4辐射成像仪的6通道集成滤光片：(a)实物图；(b)光谱图
Fig.
15
The 6-channel integrated filter of the FY-4 radiation imager: (a) Actual image; (b) Spectral diagram
2.2 军事侦察
集成滤光片凭借精准的光谱调控与高适配性优势，在军事侦察领域发挥着关键作用，为军事情报收集和战场决策提供了重要的支持。通过捕获目标表面的光谱特征，涵盖了目标探测与识别、情报收集和目标定位、环境监测和情报分析、目标跟踪和态势感知、基于红外光谱成像的夜间侦察和隐蔽目标探测等多个方面，为军事行动提供了重要的技术支持[21,42-43]。
例如，张瑞等人提出一种大视场宽谱段集成式激光告警装置[44]，将衍射光栅、多波段窄带滤光片以及宽带探测器阵列集成在同一系统中，可快速实现对来袭激光信号波长及入射方向的识别，为宽光谱范围内的激光威胁探测提供了一种有效解决方案。美国L3Harris公司研制的ENVG-B设备融合夜视系统，将微光成像与热红外成像技术集成在同一目镜中，如图16所示[45]。作战人员能够同时观察环境细节与热目标信息，从而显著提升复杂战场环境下的目标识别能力和态势感知能力。
2.3 生物医学
生物医学领域是集成滤光片近年来快速拓展的重要方向，尤其在微型化、多模态成像系统中具有显著优势。通过获取生物组织或分子的光谱特征信息，涵盖了生物分子检测、细胞成像和组织分析、疾病诊断和监测、光动力疗法、脑功能成像、药物分析等多个方面，为生物医学研究、临床诊断和治疗监测提供了重要的技术手段[46-47]。
例如，Shinoda K等人[48]提出了一种针对病理图像的集成滤光片光谱敏感性优化方法。基于真实病理组织数据优化滤光片参数，提高重建的多光谱图像质量，从而用于数字病理成像分析。2024年，Taylor-Williams M等人[49]进一步通过集成滤光片增强组织光谱对比度，从而提高内窥镜图像对早期癌变的敏感性，为临床早筛提供辅助。如图17所示，该方法利用高光谱数据模拟滤光片阵列的成像过程，通过重建误差评估与迭代优化确定最佳光谱通道组合，从而实现滤光片阵列的优化设计。2025年，王默涵[50]通过使用1400~1650 nm的6通道集成滤光片，有效解决了传统可见光方法对同质白色药片的识别问题，为医院药房的自动化药品识别与检测提供了一种新的技术手段。
3 结论与展望
3.1 结论
(1)集成滤光片已成为实现多通道、小型化光谱探测的关键技术路线。从早期的拼接式结构到近年来快速发展的单片集成与超表面结构，集成滤光片有效克服了传统分立式滤光片在体积、串扰、重量和装配精度方面的限制，使光谱系统能够在更小尺度上实现多波段、高一致性与高可靠性的光谱调控。
(2)单片集成方案与超表面方案是未来最具潜力的方向。单片集成滤光片依托微纳加工技术，可实现高密度阵列化、精确定义的腔长与波长调控；超表面则通过超结构的几何调控实现振幅、相位、偏振与波长的多维调控，具备超薄、可编程、可融合等优势。这两类技术在光谱成像仪尺寸缩减、集成度提升和功能拓展方面具有显著潜力。
(3)微纳加工技术是决定集成滤光片性能的核心基础。光刻、刻蚀、薄膜沉积等关键工艺直接影响通道位置精度、膜层厚度均匀性、光谱一致性及成品率。尤其在多通道阵列中，随着通道数量的增加，工艺的均匀性和缺陷控制成为决定性能的关键因素，构成了制备高性能集成滤光片的核心挑战。
3.2 展望
集成滤光片作为光学技术小型化、集成化发展的关键器件，为了满足未来更高性能、更复杂任务场景的要求，仍需在以下方向持续探索：
(1)多通道数、高密度阵列的一致性与成品率提升仍是核心难题。随着单片集成和超表面阵列结构向数十甚至上百个通道扩展，膜层厚度的精确控制、不同通道间的光谱一致性以及工艺缺陷率的指数级累积都使制备难度大幅提升。未来需要发展高均匀性的薄膜沉积技术、反向补偿策略和智能化膜系设计算法，以提升多通道阵列的整体性能与可制造性。
(2)跨波段、大范围连续可调的集成功能将成为关键需求。当前大多数集成滤光片仍聚焦于单一波段，而实际应用要求覆盖紫外-可见-红外的宽光谱范围。未来趋势是发展跨波段整合能力更强的结构，包括多腔耦合膜系、可调谐材料(如GST相变材料)、多区域超表面异构设计等技术。
(3)从单功能光谱过滤向多物理量协同调控扩展。现有集成滤光片大多面向波长选择，而未来应用将要求其同时具备偏振调制、相位调控、焦距调控(超透镜)、光场整形等多功能融合能力。超表面技术将提供实现偏振-相位-光谱一体化调控的可能，使滤光片不再仅是光谱器件，而是发展为新一代复合型光学元件。
(4)面向系统级的异质集成技术将是未来重点。以后光谱仪对小型化、低成本、智能化的需求将不断提升，集成滤光片需要实现与探测器、读出电路、微纳电路甚至AI算法的深度协同，推动光学-电学-算法一体化发展。同时，可重构光谱器件将成为未来趋势，如基于机械调谐、液晶调谐、MEMS或相变材料的可调滤光片，为动态任务提供更灵活的光谱调控能力。
总体来看，集成滤光片正处于由材料科学、微纳制造、超构表面设计和光学系统工程共同推动的快速发展时期。随着新材料、新结构及新工艺的不断涌现，集成滤光片将在更广泛的应用场景中发挥核心作用，推动光谱探测系统向更高性能、更小尺寸、更智能化方向持续演进。