利用金属纳米结构产生的结构彩色有望彻底改变目前基于喷墨或彩色印刷的显示技术。近二十年来,科研工作者们在飞秒激光加工金属薄膜的实验研究中发现,当金属纳米结构与可见光相互作用时,利用可调控的纳米结构的等离子激元共振吸收性质,可以使金属薄膜在宏观上表现出不同颜色的彩色显示现象。飞秒激光金属薄膜加工技术以其极小的热效应和极高的加工分辨率等显著优势,逐渐取代了传统的加工技术,在精细加工领域有着越来越重要的地位。与此同时,金属纳米结构可实现对颜色调控的这一特殊性质也越来越成为科学家们研究的焦点。本论文基于飞秒激光金属薄膜加工技术和金属纳米结构色彩调控的性质,通过对基于金属—电介质—金属(metal-dielectric-metal,MIM)的多层薄膜结构的加工,实现了不同尺寸的金属纳米孔和金属纳米泡的结构,并研究了不同金属结构呈现彩色的机制,主要研究内容如下:第一,阐述了激光与金属材料的相互作用机理、液相爆破理论和流体动力学理论,从不同层面分析了金属薄膜在飞秒脉冲激光作用后的激发、电离、膨胀及喷射的演变过程。第二,采用中心波长为800nm、重复频率为1KHz的钛蓝宝石飞秒激光作为加工光源,使用单点—单脉冲—逐行扫描的加工模式,在MIM多层薄膜结构表面后向烧蚀,进行了大面积、高效率产生金属纳米泡阵列和纳米孔阵列的加工实验。第三,进行了对纳米泡、纳米孔结构表征的研究,分析出单脉冲激光能量密度和点阵列加工排列周期是纳米泡、纳米孔结构实现色彩调控的主要因素。通过对加工材料的选择及加工参数的优化,实现了器件在蓝紫色色域更加丰富的颜色显示。第四,介绍了CIE1931-XYZ色度坐标系统,对纳米泡、纳米孔的结构彩色机理进行了解释。根据结构散射光光谱数据,计算了光谱色颜色三刺激值、色品坐标和CIE1931色品图,并对表示颜色的主波长进行了数据分析。