CN115210619A - 用于光纤通信的使用超材料的波长复用器/解复用器 - Google Patents

Abstract

描述了用于在光通信系统中使用一种或多种超材料执行波分复用或解复用的系统、装置和技术。光学装置可被配置成使用超材料的一个或多个级来移位光学信号的一个或多个相位轮廓，以复用或解复用光学信号的波长。光学装置可以是堆叠设计的示例，其中超材料的两个或更多个级堆叠在彼此的顶上。光学装置可以是折叠设计的示例，该折叠设计在超材料的不同级之间反射光学信号。

Description

用于光纤通信的使用超材料的波长复用器/解复用器

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C§119要求于2020年1月31日提交的美国临时申请序列第62/968,531号的优先权，本申请的基于该临时申请的内容并且该临时申请通过引用以其整体结合于此。

背景技术

下文总体上涉及一个或多个光通信系统，并且更具体地涉及使用超材料用于光纤通信的波长复用器或解复用器。

光通信系统被广泛地部署以提供各种类型的通信内容，诸如语音内容、视频内容、封包数据、消息收发、广播内容等等。光通信系统依赖于对公共传输光纤上的光学信号的各种类型的调整，以增加可在传输光纤上传输的信息量。

发明内容

本公开内容的系统、方法和装置各自具有几个新的和创新的方面。本发明内容提供了这些新的和创新的方面的一些示例，但是本公开内容可以包括未被包括在本发明内容中的新的和创新的方面。

一种设备，可包括：第一基板，该第一基板是透光的；第一超材料级，该第一超材料级定位成接近或接触第一基板；第二超材料级，该第二超材料级定位成接近或接触第一基板；反射器，该反射器定位成与第一基板相对，且反射器被配置成反射通过第一超材料级的光学信号，使光学信号再次通过第一超材料级，并且其中第一超材料级与第二超材料级被配置为基于由第一超材料级与第二超材料级移位第一光学信号的第一相位轮廓与第二光学信号的第二相位轮廓，来将具有第一波长的第一光学信号与具有第二波长的第二光学信号复用为具有第一波长与第二波长的第三光学信号。

在一些示例中，第一超材料级可被配置成移位第一光学信号的第一相位轮廓与第二光学信号的第二相位轮廓，并输出第一经移位光学信号与第二经移位光学信号，且第二超材料级可被配置成移位第一经移位光学信号的第三相位轮廓与第二经移位光学信号的第四相位轮廓，并输出包含第一波长与第二波长的第三光学信号。

设备的一些示例可包含包层，该包层定位在第一超材料级与反射器之间，包层的厚度被配置成减轻与第一超材料级相互作用的光学信号的损耗、或保护第一超材料级、或以上各项的组合。

在一些示例中，包层的厚度可在500纳米与2微米之间。

设备的一些示例可包含第一反射器与第二反射器，第一反射器与第二反射器被配置成反射第一光学信号与第二光学信号，第一基板定位在第一反射器与第二反射器之间。

在一些示例中，第一超材料级与第二超材料级可定位成接近或接触第一反射器。

在一些示例中，第一超材料级可定位成接近或接触第一反射器，且第二超材料级可定位成接近或接触第二反射器。

在一些示例中，第一反射器形成第一孔，该第一孔用于接收第一光学信号与第二光学信号，并且第二反射器形成第二孔，该第二孔用于输出第三光学信号。

在一些示例中，第一反射器形成第一孔与第二孔，第一孔用于接收第一光学信号与第二光学信号，第二孔用于输出第三光学信号。

在一些示例中，第一基板、第一反射器、第二反射器、第一超材料级与第二材料级形成法布里-珀罗腔，该法布里-珀罗腔被配置成生成第一光学信号与第二光学信号的一个或多个谐振反射。

在一些示例中，第一超材料级可包含对于超材料结构集的操作、特征、构件或指令，超材料结构集以一图案布置以基于超材料结构集中的每个超材料结构的一个或多个参数来移位光学信号的相位轮廓。

在一些示例中，超材料结构的一个或多个参数包含超材料结构的高度、超材料结构的截面轮廓、超材料结构的直径、超材料结构的介电性质、或以上各项的组合，并且其中与第二超材料结构相比，对于第一超材料结构的超材料结构的一个或多个参数中的至少一个参数可以是不同的。

在一些示例中，由第一超材料级引起的总相移可基于每个超材料结构的相移轮廓与超材料结构集的图案。

一种设备，可包括：基板，该基板是透光的；超材料级，该超材料级定位成接近或接触基板；反射器，该反射器定位成与基板相对，且反射器被配置成反射通过超材料级的光学信号，使光学信号再次通过超材料级，并且其中超材料级被配置为基于在第一光学信号从反射器反射之前与之后由超材料级移位第一光学信号的相位轮廓，来将具有第一波长与第二波长的第一光学信号解复用为具有第一波长的第二光学信号与具有第二波长的第三光学信号，第二光学信号具有由第一光学信号传递的第一部分信息，且第三光学信号具有由第一光学信号传递的第二部分信息。

一种方法，可包含以下步骤：生长透光的基板；在基板上沉积超材料层；在超材料层上沉积抗蚀剂层；蚀刻抗蚀剂层的一部分以形成硬掩模集；以及基于蚀刻抗蚀剂层的该部分来蚀刻硬掩模集和超材料层的暴露部分，以形成超材料结构集，其中超材料结构集被配置为移位具有第一波长的第一光学信号与具有第二波长的第二光学信号的相位轮廓，以将第一光学信号和第二光学信号复用为具有第一波长和第二波长的第三光学信号。

一种设备，可包括：处理器、与处理器进行电子通信的存储器、以及存储在存储器中的指令。指令可由处理器执行以使得设备：生长透光的基板；在基板上沉积超材料层；在超材料层上沉积抗蚀剂层；蚀刻抗蚀剂层的一部分以形成硬掩模集；以及基于蚀刻抗蚀剂层的该部分来蚀刻硬掩模集和超材料层的暴露部分，以形成超材料结构集，其中超材料结构集被配置为移位具有第一波长的第一光学信号与具有第二波长的第二光学信号的相位轮廓，以将第一光学信号和第二光学信号复用为具有第一波长和第二波长的第三光学信号。

另一设备可包含：用于生长透光的基板的构件；用于在基板上沉积超材料层的构件；用于在超材料层上沉积抗蚀剂层的构件；用于蚀刻抗蚀剂层的一部分以形成硬掩模集的构件；以及用于基于蚀刻抗蚀剂层的该部分来蚀刻硬掩模集和超材料层的暴露部分，以形成超材料结构集的构件，其中超材料结构集被配置为移位具有第一波长的第一光学信号与具有第二波长的第二光学信号的相位轮廓，以将第一光学信号和第二光学信号复用为具有第一波长和第二波长的第三光学信号。

描述了一种存储代码的非瞬时性计算机可读介质。代码可包含指令，该指令可由处理器执行以：生长透光的基板；在基板上沉积超材料层；在超材料层上沉积抗蚀剂层；蚀刻抗蚀剂层的一部分以形成硬掩模集；以及基于蚀刻抗蚀剂层的该部分来蚀刻硬掩模集和超材料层的暴露部分，以形成超材料结构集，其中超材料结构集被配置为移位具有第一波长的第一光学信号与具有第二波长的第二光学信号的相位轮廓，以将第一光学信号和第二光学信号复用为具有第一波长和第二波长的第三光学信号。

本文描述的方法、设备和非瞬时性计算机可读介质的一些示例，可以进一步包括用于基于蚀刻硬掩模集和超材料层的暴露部分来沉积反射材料以在超材料结构集的一端处形成反射器的操作、特征、构件或指令。

本文描述的方法、设备和非瞬时性计算机可读介质的一些示例，可以进一步包括用于基于蚀刻硬掩模集和超材料层的暴露部分来在超材料结构集上以及在基板的暴露部分上沉积包层的操作、特征、构件或指令，其中反射材料的沉积可以基于包层的沉积。

在本文描述的方法、设备和非瞬时性计算机可读介质的一些示例中，反射材料可以沉积在可以位于超材料结构集和反射材料之间的包层上。

在本文描述的方法、设备和非瞬时性计算机可读介质的一些示例中，反射材料可以沉积在可以位于超材料结构集和反射材料之间的包层上。

在本文描述的方法、设备和非瞬时性计算机可读介质，可以进一步包括用于基于蚀刻超材料层和抗蚀剂层来在超材料结构集上以及在基板的暴露部分上沉积包层的操作、特征、构件或指令，其中反射材料的沉积可以基于包层的沉积。

在本文描述的方法、设备和非瞬时性计算机可读介质的一些示例中，超材料结构集中的每个超材料结构可具有一个或多个参数，该一个或多个参数包括超材料结构的高度、超材料结构的截面轮廓、超材料结构的直径、超材料结构的介电性质或以上各项的组合。

在本文描述的方法、设备和非瞬时性计算机可读介质的一些示例中，每个超材料结构的一个或多个参数中的至少一些可以基于相关联的硬掩模的第二截面轮廓。

在本文描述的方法、设备和非瞬时性计算机可读介质的一些示例中，每个超材料结构的一个或多个参数中的至少一些可以基于抗蚀剂层中相关联的腔的第二截面轮廓。

一种方法，可包含以下步骤：沉积透光的基板；在基板上沉积抗蚀剂层；蚀刻抗蚀剂层的一部分以在抗蚀剂层中形成腔集；在形成腔集的抗蚀剂层上沉积超材料层，超材料层填充在抗蚀剂层中形成的腔集中的至少一些腔；以及基于在抗蚀剂层上沉积超材料层来蚀刻超材料层和抗蚀剂层以形成超材料结构集，其中超材料结构集被配置为移位具有第一波长的第一光学信号与具有第二波长的第二光学信号的相位轮廓，以将第一光学信号和第二光学信号复用为具有第一波长和第二波长的第三光学信号。

一种设备，可包括：处理器、与处理器进行电子通信的存储器、以及存储在存储器中的指令。指令可由处理器执行以使得设备：沉积透光的基板；在基板上沉积抗蚀剂层；蚀刻抗蚀剂层的一部分以在抗蚀剂层中形成腔集；在形成腔集的抗蚀剂层上沉积超材料层，超材料层填充在抗蚀剂层中形成的腔集中的至少一些腔；以及基于在抗蚀剂层上沉积超材料层来蚀刻超材料层和抗蚀剂层以形成超材料结构集，其中超材料结构集被配置为移位具有第一波长的第一光学信号与具有第二波长的第二光学信号的相位轮廓，以将第一光学信号和第二光学信号复用为具有第一波长和第二波长的第三光学信号。

另一设备可包含：用于沉积透光的基板的构件；用于在基板上沉积抗蚀剂层的构件；用于蚀刻抗蚀剂层的一部分以在抗蚀剂层中形成腔集的构件；用于在形成腔集的抗蚀剂层上沉积超材料层的构件，超材料层填充在抗蚀剂层中形成的腔集中的至少一些腔；以及用于基于在抗蚀剂层上沉积超材料层来蚀刻超材料层和抗蚀剂层以形成超材料结构集的构件，其中超材料结构集被配置为移位具有第一波长的第一光学信号与具有第二波长的第二光学信号的相位轮廓，以将第一光学信号和第二光学信号复用为具有第一波长和第二波长的第三光学信号。

描述了一种存储代码的非瞬时性计算机可读介质。代码可包含指令，该指令可由处理器执行以：沉积透光的基板；在基板上沉积抗蚀剂层；蚀刻抗蚀剂层的一部分以在抗蚀剂层中形成腔集；在形成腔集的抗蚀剂层上沉积超材料层，超材料层填充在抗蚀剂层中形成的腔集中的至少一些腔；以及基于在抗蚀剂层上沉积超材料层来蚀刻超材料层和抗蚀剂层以形成超材料结构集，其中超材料结构集被配置为移位具有第一波长的第一光学信号与具有第二波长的第二光学信号的相位轮廓，以将第一光学信号和第二光学信号复用为具有第一波长和第二波长的第三光学信号。

本文描述的方法、设备和非瞬时性计算机可读介质的一些示例，可以进一步包括用于基于蚀刻超材料层和抗蚀剂层来沉积反射材料以在超材料结构集的一端处形成反射器的操作、特征、构件或指令。

在本文描述的方法、设备和非瞬时性计算机可读介质的一些示例中，超材料结构集中的每个超材料结构可具有一个或多个参数，该一个或多个参数包括超材料结构的高度、超材料结构的截面轮廓、超材料结构的直径、超材料结构的介电性质或以上各项的组合。

一种设备，可包括：第一基板，该第一基板是透光的；第一超材料级，该第一超材料级定位成接近或接触第一基板；第二超材料级，该第二超材料级定位成接近或接触第一基板；第一超材料级与第二超材料级被配置为基于由第一超材料级与第二超材料级移位第一光学信号的第一相位轮廓与第二光学信号的第二相位轮廓，来将具有第一波长的第一光学信号与具有第二波长的第二光学信号复用为具有第一波长与第二波长的第三光学信号。

在一些示例中，第一超材料级可被配置成移位第一光学信号的第一相位轮廓与第二光学信号的第二相位轮廓，并输出第一经移位光学信号与第二经移位光学信号，且第二超材料级可被配置成移位第一经移位光学信号的第三相位轮廓与第二经移位光学信号的第四相位轮廓，并输出第三光学信号与第四光学信号。

设备的一些示例可包括第二基板，该第二基板可以是透光的，第二基板定位成接近或接触第二超材料级，其中第一基板、第一超材料级、第二基板和第二超材料级形成堆叠结构。

设备的一些示例可以包括间隔件，该间隔件定位成接近或接触第一基板和第二基板，并在第一基板的第一表面和第二基板的第二表面之间形成空间，其中第二超材料级可以定位在由间隔件产生的空间中。

设备的一些示例可以包括液体光学透明粘合剂，该液体光学透明粘合剂定位在由间隔件产生的空间中，其中第二超材料级可被定位成接近或接触第二基板的第二表面，并且液体光学透明粘合剂可定位在第二超材料级和第一基板的第一表面之间。

设备的一些示例可包含第一反射器与第二反射器，第一反射器与第二反射器被配置成反射第一光学信号与第二光学信号，第一基板定位在第一反射器与第二反射器之间。

设备的一些示例可包含包层，该包层定位在第一超材料级与第一反射器之间，包层的厚度被配置成减轻与第一超材料级相互作用的光学信号的损耗、或保护第一超材料级、或以上各项的组合。

在一些示例中，第一超材料级与第二超材料级可定位成接近或接触第一反射器；或者第一超材料级可定位成接近或接触第一反射器，且第二超材料级可定位成接近或接触第二反射器。

在一些示例中，第一反射器形成第一孔，该第一孔用于接收第一光学信号与第二光学信号，并且第二反射器形成第二孔，该第二孔用于输出第三光学信号；或者第一反射器形成第一孔与第二孔，第一孔用于接收第一光学信号与第二光学信号，第二孔用于输出第三光学信号。

在一些示例中，第一基板、第一反射器、第二反射器、第一超材料级与第二超材料级形成法布里-珀罗腔，该法布里-珀罗腔被配置成生成第一光学信号与第二光学信号的一个或多个谐振反射。

在一些示例中，第一超材料级可包含对于超材料结构集的操作、特征、构件或指令，超材料结构集以一图案布置以基于超材料结构集中的每个超材料结构的一个或多个参数来移位光学信号的相位轮廓。

在一些示例中，超材料结构集的一个或多个参数包括超材料结构的高度、超材料结构的截面轮廓、超材料结构的直径、超材料结构的介电性质或以上各项的组合。

在一些示例中，由第一超材料级引起的总相移可基于每个超材料结构的相移轮廓与超材料结构集的图案。

一种设备可包含：基板，该基板是透光的；超材料级，该超材料级定位成接近或接触基板，并且超材料级被配置为基于在第一光学信号从反射器反射之前与之后由超材料级移位第一光学信号的相位轮廓，来将具有第一波长与第二波长的第一光学信号解复用为具有第一波长的第二光学信号与具有第二波长的第三光学信号，第二光学信号具有由第一光学信号传递的第一部分信息，且第三光学信号具有由第一光学信号传递的第二部分信息。

附图说明

图1A示出了根据本文所公开的示例的光学系统的示意图的示例，该光学系统支持使用超材料用于光纤通信的波长复用器或解复用器。

图1B示出了根据本文所公开的示例的支持波长复用器或解复用器的解耦的多纤芯光学通信链路的图表的示例，该波长复用器或解复用器使用超材料用于光纤通信。

图1C示出了根据本文所公开的示例的支持波长复用器或解复用器的耦合的多纤芯光学通信链路的图表的示例，该波长复用器或解复用器使用超材料用于光纤通信。

图2A示出了根据本文所公开的示例的光学装置的示例，该光学装置可以形成使用超材料用于光纤通信的波长复用器或解复用器的至少一部分。

图2B示出了根据本文所公开的示例的光学装置的示例，该光学装置可以形成使用超材料用于光纤通信的波长复用器或解复用器的至少一部分。

图2C示出了根据本文所公开的示例的支持波长复用器或解复用器的光学装置的相位轮廓的示例，该波长复用器或解复用器使用超材料用于光纤通信。

图3示出了根据本文所公开的示例的支持波长复用器或解复用器的光学装置的示例，该波长复用器或解复用器使用超材料用于光纤通信。

图4A至图4E示出了根据本文所公开的示例的支持波长复用器或解复用器的光学装置的示例，该波长复用器或解复用器使用超材料用于光纤通信。

图5A至图5F示出了根据本文所公开的示例的用于制造光学装置的方法的示例，该光学装置支持使用超材料用于光纤通信的波长复用器或解复用器。

图6A至图6F示出了根据本文所公开的示例的用于制造光学装置的方法的示例，该光学装置支持使用超材料用于光纤通信的波长复用器或解复用器。

图7和图8示出了流程图，该流程图示出了根据本文所公开的示例的支持使用超材料用于光纤通信的波长复用器或解复用器的一种或多种方法。

具体实施方式

光通信系统被广泛地部署以提供各种类型的通信内容，诸如语音内容、视频内容、封包数据、消息收发、广播内容等等。光通信系统依赖于对公共传输光纤上的光学信号的各种类型的复用，以增加可在传输光纤上传输的信息量。一些类型的复用可以包括波分复用(WDM)、偏振分复用(PDM)、频分复用(FDM)、时分复用(TDM)、空分复用(SDM)和模分复用(MDM)。

WDM技术可用于短距离光通信系统(例如，用于数据中心内的连接)和远程光通信系统(例如用于数据中心间的连接、大都市环境、海底环境(诸如跨大陆光通信链路))。通过使用不同波长的多个光学信号，可以有效地增加光学通信链路的通信容量。在这样的光学系统中，可以使用波长复用器和波长解复用器来执行WDM技术。例如，复用器可以将来自不同输入光纤的具有不同波长的光学信号组合到一个输出光纤中，并且解复用器可以将具有来自一个或多个输入光纤的多个不同波长的光学信号分离到不同的输出光纤中。

描述了用于在光通信系统中使用一种或多种超材料执行波分复用或解复用的系统、装置和技术。光学装置可被配置成使用超材料的一个或多个级来移位光学信号的一个或多个相位轮廓，以复用或解复用光学信号的相应波长。光学装置可以是堆叠设计的示例，其中超材料的两个或更多个级堆叠在彼此的顶上。光学装置可以是折叠设计的示例，该折叠设计在超材料的不同级之间反射光学信号。

首先在参考图1A描述的光学系统的上下文中描述本公开内容的特征。如参照图2A至图8所描述的，在光学装置、相位轮廓和流程图的上下文中进一步描述本公开内容的特征。

图1A示出了根据本文所公开的示例的光学系统100的示意图的示例，光学系统100支持使用超材料用于光纤通信的波长复用器或解复用器。光学系统100可以包括光学通信链路105、发射器系统110和接收器系统115。

光学系统100可以利用WDM的技术来增加通过单个光学通信链路105传达的信息量。WDM技术可以包括将一定数量的具有不同波长的光载波信号复用到更少的光纤上或单个光纤上。在一些示例中，这样的技术可以使得能够在单个光纤上进行双向通信或者在单个光纤上进行容量倍增。实际上，WDM可以将工作在不同光频带中的两个或更多个光学信号组合为通过光纤传达的单个光学信号。WDM技术还可以包括解复用技术，解复用技术可以将具有不同光频带中的不同信息的光学信号(诸如单个光学信号)解复用为更多的光学信号(诸如两个或更多个光学信号)。WDM技术可以增加光学通信链路105的通信容量。

光学通信链路105可以是用于传递一个或多个光学信号的光纤的示例。光纤可以通过内反射原理将光从一端传输到另一端。可以用信息来调制由光学通信链路105传送的一个或多个光学信号，以支持发射器系统110和接收器系统115之间的通信。光学通信链路105可以包括一个或多个多模光纤(MMF)、一个或多个少模光纤(FMF)、一个或多个单模光纤(SMF)、一个或多个多纤芯光纤(MCF)或其任何组合。

发射器系统110可以被配置为通过光学通信链路105发送光学信号。发射器系统110可以包括可以使用一个或多个光学通信链路130耦合的复用器120和一个或多个发射器125。光学通信链路130可以包括SMF、FMF、MMF、MCF或其任何组合。发射器125可以被配置为发射光学信号，该光学信号包括以光波长(例如，光频带)工作并且用信息调制的光能。在一些情况下，每个发射器125可以被配置为发射以唯一的光波长操作的光学信号。例如，第一发射器125-a可以被配置为以第一波长(例如，λ₁)发射第一光学信号，第二发射器125-b可以被配置为以与第一波长不同的第二波长(例如，λ₂)发射第二光学信号。发射器系统110可以是在中心局(CO)、前端、交换中心等处实现的系统的示例。在其他示例中，发射器系统110可以在客户驻地设备(CPE)或其他装置处实现。

复用器120可以被配置为将几个光学信号一起复用为单个光学信号。复用器120可以(例如，通过一个或多个光学通信链路130)从发射器125接收一个或多个光学信号，并且可以在光学通信链路105上输出一个或多个光学信号。复用器120可以被配置为实现WDM技术，以将来自不同光学信号的不同波长组合成更少的光学信号，诸如包括不同波长的单个光学信号。

接收器系统115可以被配置为接收由光学通信链路105传送的光学信号。接收器系统115可包括解复用器135和一个或多个接收器140，其中一个或多个接收器140可使用一个或多个光学通信链路145与解复用器135耦合。光学通信链路145可以包括SMF、FMF、MMF、MCF或其任何组合。解复用器135可以被配置为接收一个或多个光学信号(诸如单个光学信号)，并且将(多个)光学信号分成几个光学信号。在一些示例中，解复用器135可以接收由光学通信链路105传送的光学信号，并且可以(例如，通过一个或多个光学通信链路145)将一个或多个光学信号输出到接收器140。解复用器135可以被配置为实现WDM技术，以将来自单个光学信号的不同波长划分为包括不同波长的不同光学信号。

接收器140可以被配置为接收光学信号，该光学信号包括以光波长(例如，光频带)工作并且用信息调制的光能。在一些情况下，每个接收器140可以被配置为接收以唯一的光波长操作的光学信号。例如，第一接收器140-a可以被配置为接收第一波长(例如，λ₁)的第一光学信号，第二接收器140-b可以被配置为接收与第一波长不同的第二波长(例如，λ₂)的第二光学信号。在一些情况下，接收器系统115可以是在CO、前端、交换中心等处实现的系统的示例。在其他示例中，接收器系统115可以在CPE或类似装置处实现。

WDM技术可用于短距离光通信系统(例如，用于数据中心内的连接)和远程光通信系统(例如用于数据中心间的连接、大都市环境、海底环境(诸如跨大陆光通信链路))。通过使用不同波长的多个光学信号，可以有效地增加光学通信链路105的通信容量。在这样的WDM系统中，波长复用器(例如，多路复用器(mux))或波长解复用器(例如，解多路复用器(demux))或这两者都可以用于执行WDM技术。例如，复用器120可以将来自不同输入光纤的具有不同波长的光学信号组合到一个输出光纤中，并且解复用器135可以将具有来自一个输入光纤的多个不同波长的光学信号分离到不同的输出光纤中。光学系统100中使用的光纤可以是SMF、FMF、MMF或MCF或其任何组合的示例。在其他示例中，复用器或解复用器可以与MCF一起使用，以在MCF的不同纤芯中的不同光学信号的不同模式之间进行转换。

一些光学系统可以使用几种技术中的一种或多种来执行WDM技术。可以实现WDM技术的装置的示例可以包括薄膜滤光片(TFF)、阵列波导光栅(AWG)或融合光纤耦合器等。

TFF技术可以使用级联干涉滤光片，每个干涉滤光片可以用一组不同的介电涂层制成，这些介电涂层设计成使单个波长通过并反射所有其他波长。通过使用一系列具有不同薄膜涂层的零件，可以使用TFF装置来分离或组合不同的波长。TFF对于较低的信道数可能会很好地工作，但是例如由于尺寸大小和累积的插入损耗，在信道数较高时会有限制。在一些情况下，可以在TFF多路复用器或TFF解多路复用器装置中使用各自具有不同薄膜涂层设计的几个零件，因此装置可以使用微光学水平组件。在一些情况下，TFF技术可能不适用于窄带密集WDM应用。例如，这种TFF装置可能需要数百层涂层来产生分离和隔离各个波长的窄带滤光片。由于局部膜厚度变化和密度变化引起的误差，这种滤光片的良率可能受到限制。

AWG技术可能会利用干扰效应来分离或合并波长。在一些AWG装置中，入射光可以传播通过自由传播区域，并进入一束光纤或信道波导，它们具有不同的长度，因此对每个光纤或波导中的光施加不同的相移。然后，光穿过另一个自由传播区域，并在输出的入口处发生干涉，从而使每个输出信道接收特定波长的光。AWG技术对于高信道数应用可能是合适的且具有成本效益，并且可以在选择信道数和间距时提供灵活性。在一些情况下，整个AWG装置可以集成在同一基板上。然而，一些AWG装置的性能可能对温度敏感。例如，如果AWG装置的温度波动，则信道波长将根据所用材料的热系数而变化。因此，使用温度控制或监视技术(这会导致额外的功耗)或无热技术(可通过使用不同材料进行补偿来实现)来维持性能。

融合耦合器(也称为熔融拉锥(Fused Biconical Taper；FBT)技术)可能包括两条平行的光纤，这些光纤已经绞合、拉伸和融合在一起。纤芯可能彼此非常靠近，使得渐逝波(evanescent wave)可能会从一个纤芯“泄漏”到另一纤芯中，从而导致能量交换。交换的能量的量可以取决于耦合强度(例如，基于两个纤芯之间的距离)和耦合长度(例如，相互作用长度)。能量交换率也可以随波长变化。通过调整耦合强度和长度，可以将来自不同波长的光从不同端口组合到输出端口(WDM多路复用器)中，或者从一个端口分离到不同输出端口(WDM解多路复用器)中。然而，由于该技术使用了光纤纤芯之间的耦合，因此波长信道的数量通常限制为两(2)个。

光学系统100可以支持用于使用一种或多种超材料执行波分复用或解复用的系统、设备和技术。在一些示例中，超材料可以是或可以包括超表面。具有超材料的装置可以使用由光学超材料实现的一个或多个相位掩模(例如，高分辨率相位掩模)来复用或解复用光学信号的波长。装置可以是堆叠设计的示例，其中超材料的两个或更多个级在彼此的顶上。装置可以是折叠设计的示例，折叠设计在超材料的不同级之间反射光学信号。如本文进一步描述的，可以使用伴随优化技术、波前匹配技术或其任何组合来设计装置中的超材料级的相位轮廓。

波长复用和解复用是光通信系统中有用的功能。波长复用和解复用功能可以是这样的功能的示例，其中可以将在包含多个波长的光纤中传播的光解复用为分开的信号，每个信号随后被包括在单独的输出光纤中(或反之亦然)。这样的功能在广泛的通信应用中可能是有用的，所述通信应用诸如采用WDM的长距离通信网络、例如在下游(例如，诸如在光纤到驻地(FTTP)架构或其他网络架构中，从CO到CPE)和上游传输(例如，在FTTP网络架构中从CPE到CO)中使用多个波长的接入网络、以及数据中心应用。每个应用可能包含不同的性能要求，从而导致波长复用和解复用功能具有不同的规格参数，诸如要复用或解复用的波长数量、光学性能规格(例如，插入损耗、串扰、信道带宽、信道间隔、其他规格或其任何组合)、环境条件、成本要求或密度要求。具体地，在一些数据中心和一些接入应用中，与以较小的体积包含更多的光学信号有关的密度要求变得越来越重要。

TFF装置可以用于执行WDM技术。在一些情况下，包含多个微光学元件的TFF装置可能具有相对较大的尺寸，并且可能难以集成到具有高密度要求的系统中，诸如数据中心中。在一些示例中，诸如到服务器架构的光纤之类的新兴应用可以针对数百个光纤使用波长复用器或波长解复用器，并且具有小形状因子的装置因此可以在此类应用中变得有用。使用超材料执行WDM技术的复用器和解复用器可表现出高度紧凑的形状因子。例如，4波长微光学复用器/解复用器的尺寸可以是50mm×25mm×10mm，而具有相对相似的光学性能的超材料复用器/解复用器的尺寸可以是1mm×1mm×0.5mm。这样的尺寸差异可以使得超材料装置能够集成在光学连接器中。

除了减小的形状因子之外，基于超材料的复用器/解复用器可以提供其他优点。在一些示例中，基于超材料的波长复用器/解复用器装置可以设计为支持多个波长信道，可以是粗略WDM(CWDM)或密集WDM(DWDM)，并且可以用于SMF或FMF、MMF、或MCF、或混合光纤系统。基于超材料的复用器/解复用器可以通过在单个基板上集成光学装置来实现，从而消除了其他微光学部件(诸如多个薄膜块、多个准直器和反射镜)，并显著简化了制造和组装过程。在一些示例中，使用波前匹配技术、伴随分析技术(例如伴随分析优化)或其任何组合来设计超材料的精确和高分辨率相位图，可以实现其他技术无法实现的更复杂的滤光片设计(例如薄膜叠层)。在一些示例中，超材料可以被设计为对偏振不敏感的，使得基于超材料的复用器/解复用器将不会干扰偏振复用。注意，本文描述的术语超材料和超表面可以指的是基于材料本身的结构(例如，几何形状、布置、尺寸、形状、取向等)表现出性质的材料，其可以被配置用于各种目的、应用或技术。

图1B示出了根据本文所公开的示例的支持波长复用器或解复用器的解耦的多纤芯光学通信链路165的图表160的示例，该波长复用器或解复用器使用超材料用于光纤通信。未耦合的多纤芯光学通信链路165可以是如参照图1A所描述的光学通信链路105、130和145的示例。

MCF可能是在一个公共包层中包含多个纤芯的光纤的示例。MCF可以包括多个SMF、多个FMF、多个MMF或其任何组合。例如，未耦合的多纤芯光学通信链路165可以包括第一纤芯170-a、第二纤芯170-b、第三纤芯170-c和第四纤芯170-d、以及包层175，包层175定位成与纤芯170中的每个纤芯170接近(例如靠近、邻近、其间没有一个或多个材料、其间有一个或多个材料)或接触。未耦合的多纤芯光学通信链路165的纤芯170可以是SMF、FMF、MMF或其任何组合的示例。对于多个情况，MCF可以包括具有单个类型的光纤(例如，全都是SMF)，或者可以包括不同类型的光纤(例如，一个SMF和三个MMF)。使用MCF，可以将纤芯的设计、纤芯的数量、纤芯布局、外包层厚度(例如，外纤芯中心与包层-涂层界面之间的最小距离)、包层直径或其任何组合设计成用于实现MCF的光学和机械性能。理想的光纤设计可能因应用而异。MCF可以包括任意数量的纤芯(例如，两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个、十一个、十二个等等)。

MCF可以是耦合的MCF或未耦合的MCF的示例。一些MCF可能会遇到与纤芯间串扰或其他干扰有关的问题。未耦合的MCF可以是其中假定每个单独的纤芯为独立光路的MCF。耦合的MCF可以是其中一个纤芯被假定至少部分地依赖于另一纤芯的MCF。在一些示例中，未耦合的MCF中的至少一些纤芯之间的距离可以大于耦合的MCF中的至少一些纤芯之间的距离。

未耦合的多纤芯光学通信链路165可以是未耦合的MCF的示例。在一些情况下，不同纤芯170的参数可以相同。在其他示例中，多个纤芯170中的至少一个纤芯170可以具有与其他纤芯不同的参数。纤芯170的参数的示例可以包括纤芯的直径、纤芯的介电性质、纤芯170的介电性质和包层175的介电性质之间的相对差、从纤芯的中心到未耦合的多纤芯光学通信链路165的中心的距离、纤芯的模率、折射率分布(例如，Δn)或其组合。在一些示例中，每个纤芯170的直径可以是大约8.2微米，纤芯170的折射率分布可以是大约0.35％(例如，Δn＝0.35％)，并且纤芯中心到中心的距离可以是大约45微米。

第一图表160-a可以示出第一纤芯170-a中的光学信号的强度分布，其中其他纤芯(例如纤芯170-b、170-c和170-d)不传达光学信号。第二图表160-b可以示出第二纤芯170-b中的光学信号的强度分布，其中其他纤芯(例如纤芯170-a、170-c和170-d)不传达光学信号。第三图表160-c可以示出第三纤芯170-c中的光学信号的强度分布，其中其他纤芯(例如纤芯170-a、170-b和170-d)不传达光学信号。第四图表160-d可以示出第四纤芯170-d中的光学信号的强度分布，其中其他纤芯(例如纤芯170-a、170-b和170-c)不传达光学信号。

图1C示出了根据本文所公开的示例的支持波长复用器或解复用器的耦合的多纤芯光学通信链路185的图表180的示例，该波长复用器或解复用器使用超材料用于光纤通信。耦合的多纤芯光学通信链路185可以是如参照图1A所描述的光学通信链路105、130和145的示例。

耦合的多纤芯光学通信链路185可以包括第一纤芯190-a、第二纤芯190-b、第三纤芯190-c和第四纤芯190-d以及与每个纤芯190接近或接触的包层195。耦合的多纤芯光学通信链路185的纤芯190可以是SMF、FMF、MMF或其任何组合的示例。对于多个情况，MCF可以包括具有单个类型的光纤(例如，全都是SMF)，或者可以包括不同类型的光纤(例如，一个SMF和三个MMF)。

耦合的多纤芯光学通信链路185可以是耦合的MCF的示例。在一些情况下，不同纤芯190的参数可以相同。在其他示例中，多个纤芯190中的至少一个纤芯190可以具有与其他纤芯不同的参数。纤芯190的参数的示例可以包括纤芯的直径、纤芯的介电性质、纤芯190的介电性质和包层195的介电性质之间的相对差、从纤芯的中心到未耦合的多纤芯光学通信链路185的中心的距离、纤芯的模率、折射率分布(例如，Δn)或其组合。在一些示例中，每个纤芯190的直径可以是大约8.2微米，纤芯170的折射率分布可以是大约0.35％(例如，Δn＝0.35％)，并且纤芯中心到中心的距离可以是大约20微米。

图表180(例如第一图表180-a、第二图表180-b、第三图表180-c和第四图表180-d)可以示出不同纤芯190中的光学信号的不同强度分布。在第一图表180-a中，每个纤芯190中的分布可以大致相同。在第二图表180-b中，第二纤芯190-b可以在中心具有强烈分布(例如，0.9左右)，第三纤芯190-b可以在中心具有强烈分布(例如，-0.9左右)，第四纤芯190-d可以在中心具有中等分布(例如，-0.5左右)，而第一纤芯190-a可以在中心具有中等分布(例如，0.5左右)。在第三图表180-c中，第四纤芯190-d可以在中心具有强烈分布(例如，0.9左右)，第一纤芯190-a可以在中心具有强烈分布(例如，-0.9左右)，第三纤芯190-c可以在中心具有中等分布(例如，-0.5左右)，而第二纤芯190-b可以在中心具有中等分布(例如，0.5左右)。在第四图表180-d中，第一纤芯190-a可以在中心具有强烈分布(例如，-0.9左右)，第二纤芯190-b可以在中心具有强烈分布(例如，0.9左右)，第三纤芯190-c可以在中心具有强烈分布(例如，0.9左右)，而第四纤芯190-d可以在中心具有强烈分布(例如，-0.9左右)。

图2A示出了根据本文所公开的示例的光学装置201的示例，该光学装置201可以形成使用超材料用于光纤通信的波长复用器或解复用器的至少一部分。光学装置201可以是如参照图1A所述的使用超材料的复用器/解复用器装置的示例。在一些情况下，光学装置201可以是波长复用器/解复用器装置的示例。

光学装置201可包括基板205和多个超材料结构210。在一些情况下，光学装置201还可包括包层(未示出)。在一些情况下，包层可以是包围超材料的空气或其他环境气体。超材料(有时称为超表面)可以是纳米光子结构，该纳米光子结构可以以相对较高的空间分辨率(例如，亚波长，取决于工作波长窗口，在数百纳米量级)控制穿过超材料的光的属性(例如，光的相位或光的行进方向)。在一些示例中，每个或至少一些超材料结构210可具有一个或多个参数，该一个或多个参数影响随着光穿过超材料结构210而如何改变光的性质。可以以图案布置超材料结构210的阵列(从而形成超材料级)，以在光学信号与超材料级相互作用时在光学信号的性质中产生期望的移位。

在一些情况下，超材料可能是指一类材料，该类材料具有自然产生的材料中可能找不到的性质。光学超材料可以小于光的波长，但是可能能够与光相互作用并影响光。通过超材料与光的相互作用的示例可以包括负折射、零折射率下的快速和慢速光传播、陷波结构、平面透镜、薄透镜、完美透镜或其任何组合。

个体超材料结构210可基于超材料结构210的一个或多个性质来影响穿过超材料结构的光。可以影响光的超材料结构210的性质的示例可以包括超材料结构的高度(例如，超材料结构210的远离基板205延伸的尺寸)、超材料结构210的截面轮廓(例如，超材料的截面形状)、超材料结构210的截面面积、超材料结构210的体积、超材料结构210的直径、超材料结构210的介电性质、超材料结构210的介电性质与基板205的介电性质之间的相对差、超材料结构210的介电性质与包层的介电性质之间的相对差、或其任何组合。在一些情况下，超材料结构210可以是多层超材料结构的示例，其中具有第一组参数的第一超材料结构堆叠在具有第二组参数的第二超材料结构210的顶部。多层超材料结构可以包括任何数量的超材料结构。在一些情况下，堆叠中不同的超材料结构可以具有不同的介电性质或其他性质。

图2A中所示的超材料结构210示出了具有圆形、矩形和六边形截面形状、不同截面面积和不同高度的超材料结构的示例。这些说明性的超材料结构210仅是超材料结构的一些性质的示例。例如，在一些情况下，超材料结构210可以具有任何截面轮廓，诸如圆形、三角形、正方形、矩形、五边形、六边形、其他几何截面轮廓、其他形状的截面轮廓或以上各项的任何组合。如图2A所示，每个超材料结构210可对应于用于超材料结构级的一组单位单元中的单位单元212。附加地或替代地，用于超材料结构级的一组单位单元中的单位单元212可包括两个或更多个超材料结构210。在一些示例中，超材料结构210可以具有相同的一个或多个参数，并且可以是不同的一个或多个参数。例如，在一些情况下，所有超材料结构210可以具有相同的截面形状(例如，圆形)，但是可以具有不同的截面形状(例如，不同的尺寸、不同的直径)。例如，在一些情况下，所有超材料结构210可以具有相同的高度(例如，相对于基板)，但是可以具有不同的截面面积(例如，不同的尺寸、不同的直径)。在一些示例中，与超材料结构210的集合或子集有关的一个或多个参数可以相同或可以不同。

基板205可以是形成用于光学元件(诸如超材料)、其他部件或其任何组合的支撑基底的材料的示例。在一些情况下，超材料结构210与基板205耦合。在一些情况下，基板205可以是透光的，使得光学信号可以穿过基板205。

每个个体超材料结构210可以相对较小。为了移位光学信号的相位轮廓，可以将多个超材料结构210布置成图案并且将其配置为移位光学信号的相位轮廓。超材料结构210的阵列或图案可被称为超材料结构级。每个个体超材料结构210可以具有其自身的影响光的参数集。超材料级的整体相移轮廓，可以基于该级中每个个体超材料结构210的参数。在一些情况下，包层可以被定位成与超材料结构210、基板205或其任何组合接近或接触。包层可以被配置为减轻与超材料结构210相互作用的光学信号的损耗，或者保护超材料结构210免受损坏，或其任何组合。在一些情况下，超材料结构210可以是反射超材料结构的示例，并且可以被配置为消色差或高度色散的。

每个超材料结构210被示出为单独的独立式结构。在一些示例中，超材料结构210中的至少一些或全部可以由单个较大区域形成。在这样的示例中，单位单元可以指的是超材料的较大区域的个体可配置部分，可以对其进行更改以实现期望的相位轮廓。

图2B示出了根据本文所公开的示例的光学装置202的示例，该光学装置202可以形成使用超材料用于光纤通信的波长复用器或解复用器的至少一部分。光学装置202可以是如参照图1A与图2A所述的使用超材料的复用器/解复用器装置的示例。在一些情况下，光学装置202可以是波长复用器/解复用器装置的示例。

光学装置202可包括基板205、多个超材料结构210、围绕超材料结构210的包层215、以及反射器220。光学装置202可以是使用反射设计的超材料级的示例。在这样的设计中，光可以穿过超材料结构210、从反射器220反射、并且在被反射之后再次穿过超材料结构210。在这样的设计中，超材料级的相位轮廓可以基于由首先(例如，最初)穿过超材料结构210的光引起的相移和由穿过超材料结构210的反射光引起的相移这两者。参照图2A描述基板205和超材料结构210的特征，并且通过引用并入本文。

包层215可以是材料层。在一些情况下，包层215可以具有比超材料结构210低的折射率。在一些情况下，包层215可以被配置为减轻与超材料结构210相互作用的光学信号的损耗。在一些情况下，包层215可以被配置为保护超材料结构210免受损坏。

在一些示例中，包层215可以位于超材料结构210的表面225与反射器220之间。在这样的示例中，可以在超材料结构210的表面225与反射器220的表面235之间形成距离230。距离230可以被配置为减轻穿过超材料结构210并且被反射器220反射的光学信号的损耗。在一些情况下，距离230可以是大约500纳米。在一些情况下，距离230可以在零纳米和几微米之间(例如，一微米、两微米或三微米)。超材料结构210的表面225可以定位成和与基板205接触的超材料结构210的不同表面相对。

反射器220可以由一种或多种反射材料形成。反射材料的示例可以包括金或另一种金属。在一些情况下，反射材料可以涂覆有另一种材料以帮助反射光。图2B的光场被示为垂直于超材料结构210、基板205、包层215和/或反射器220。在一些示例中，光场可以以不垂直于超材料结构210、基板205、包层215和/或反射器220的角度到达和/或离开。

每个超材料结构210被示出为单独的独立式结构。在一些示例中，超材料结构210中的至少一些或全部可以由单个较大区域形成。在这样的示例中，单位单元可以指的是超材料的较大区域的个体可配置部分，可以对其进行更改以实现期望的相位轮廓。

图2C示出了根据本文所公开的示例的支持波长复用器或解复用器的光学装置的相位轮廓203的示例，该波长复用器或解复用器使用超材料用于光纤通信。相位轮廓203的阴影可以示出由光学装置(例如，光学装置201或202)的不同部分引起的不同相移。如本文所述，相位轮廓203可以是通过波前匹配技术或伴随分析(例如，伴随优化)设计的相位轮廓的示例。

多个超材料结构可以以图案布置并且被配置为移位光学信号的相位轮廓。超材料结构的阵列或图案可以称为超材料结构级。超材料元件的级的每个超材料结构可以被配置为移位光学信号的一部分的相位。在一些情况下，个体超材料结构可以被视为较大的超材料级的个体像素(或单位单元)。在一些情况下，取决于操作波长窗口，超材料结构的尺寸可以在数百纳米的量级上(例如，当工作波长为1550nm时，单位单元尺寸可以为500nm×500nm)。由超材料级执行的总体相移可以是基于由超材料结构级的每个个体超材料结构执行的每个个体相移的组合。通过在超材料级中改变个体超材料结构的参数，可以将超材料级设计成具有不同的相位轮廓。在一些示例中，光透射穿过基板以及超材料结构(例如，超材料柱)，并且每个单位单元中的相变由结构的几何形状(例如，截面轮廓、截面面积、高度等)确定。

相位轮廓203是由超材料的一个或多个级引起的相位轮廓的示例。基于形成超材料级的各种超材料结构的参数，超材料级可以具有不同的相位轮廓。在一些情况下，可以调谐相位(或色散)的波长相关行为，使得超材料装置可以是消色差或相对高度色散的。此外，超材料结构可以设计成当光穿过柱并借助一种或多种反射材料(诸如金属)反射回去时以反射模态工作。

根据操作波长窗口，可以为基板和超材料结构选择不同的材料。例如，对于O波段(1260-1360nm)、C波段(1530-1565nm)或L波段(1565-1625nm)窗口，晶体硅、非晶硅、氮化硅(Si3N4)和硫族化物玻璃可以用于超材料结构。对于较短的波长窗口(例如，850-940nm)，其他材料(诸如氧化钛(TiO2)和氮化硅(Si3N4))可以用于超材料结构。诸如玻璃或聚合物(例如，SU8)之类的透明材料可以用于基板和包层。

在一些情况下，可以使用不同的设计技术来设计超材料级的相位轮廓。设计技术的示例可以包括波前匹配、伴随分析(例如，伴随优化)或其任何组合。

为了区分多个波长，可以使用相对高度色散的系统。在一些情况下，装置可以使用不同的技术(或其任何组合)来创建这种色散。首先，每个超材料结构本身可能具有色散(即，在不同波长处与每个超材料结构关联的相位值可能不同)，这可能类似于材料色散。其次，光在基板内的传播可能具有色散(即，在不同波长处传播路径以及因此通过基板的传播相位可能不同)，这可能类似于光栅色散。通过在超材料级中选择超材料结构的参数，光学装置可实现足够的色散以制成紧凑且高效的WDM装置。

光纤中的波长复用和解复用可以通过利用一系列相位板(例如，超材料级)以及自由空间传播来修改光场的波前来实现。为了实现低损耗和低串扰的波长复用或波长解复用，可以使用多级超材料(无论是堆叠设计还是折叠设计)。可以通过包括波前匹配方法、伴随分析方法(例如，伴随优化方法)或其任何组合的各种方法，来设计用于波长复用或波长解复用的超材料级的相位轮廓。在一些情况下，可以使用光栅/透镜特征初始化超材料级。

在波前匹配方法中，可以将向前传播的输入场与向后传播的目标场进行比较，以获得超材料的每个级的场差。该差异可以通过材料相位板的级的设计来补偿，从而导致场的精确匹配。可以迭代地执行这样的步骤以达成设计。基于使用波前匹配方法进行的分析，可以将超材料级设计成具有可以产生装置的低损耗和低串扰性能的相位轮廓。

在伴随分析(例如，伴随优化)中，可以将设计的品质因数(FOM)定义为每个单独的输入和输出对的功率吞吐量。给定FOM，就可以计算出FOM关于每个设计参数的导数。在一些情况下，可以根据每个超材料结构处的传播场来计算FOM的导数。给定导数，可以使用高效的基于梯度的非线性增强例程(例如，共轭梯度(CG)、牛顿-CG、循序最小二乘编程(SLSQP)、Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno(BFGS)算法等)可用于搜索增强型相位轮廓。根据应用，可以高效地添加额外的FOM(例如，当可以将其作为设计变量或字段变量的解析表达式编写时)。例如，为了降低相位掩模的复杂性，可以将与每对相邻像素(或单元)之间的相位值的平均差相对应的FOM项添加到分析中。在其他示例中，代替增强所有信道的平均损耗，可以最小化所有信道中的最坏情况(最大)损耗，或者可以增强根据特定分布(例如，信道带宽)的损耗。

图3示出了根据本文所公开的示例的支持波长复用器或解复用器的光学装置300的示例，该波长复用器或解复用器使用超材料用于光纤通信。光学装置300可以使用堆叠在彼此的顶上的透光超材料结构和透光基板来执行波长复用或波长解复用技术。光学装置300可以是参考图2A描述的光学装置201的示例。图3所示的图表可以是光学装置300的截面图。

光学装置300可以包括被定位成与超材料的多个级310接近或接触的多个基板305。超材料的每个级310可以包括多个超材料结构。多个基板305和多个级310可以堆叠在彼此的顶上。光学装置300还可包括位于基板305的每一层与超材料级310之间的一个或多个间隔件315和一种或多种光学透明的粘合剂(OCA)320。光学装置300可以包括任意数量的超材料层，以执行波长复用或波长解复用技术。例如，光学装置可以包括第一级310-a、第二级310-b、第三级310-c或任何数量的级310-N。在这样的示例中，光学装置300可以包括任何数量的基板305、间隔件315和OCA 320以支撑平台310。在一些示例中，基板305的数量可以与超材料级310的数量相同。可以基于光学装置300的期望相位轮廓来确定层的数量。

基板305可以是被配置为支撑超材料级310的透光基板。基板305可具有一个或多个限定结构的参数，例如高度(h)。基板305可以是参考图2A和图2B描述的基板205的示例。在一些示例中，光学装置300中的每个基板305可以具有相同的参数。附加地或替代地，基于光学装置300的期望相位轮廓，一个或多个基板305可以具有与光学装置300中的其他基板不同的参数(例如，一个或多个基板305的高度(h)可以不同)。

超材料级310可以包括一个或多个透光超材料结构，该透光超材料结构被配置为使穿过超材料结构的光学信号(例如，光)的相位轮廓移位。超材料的每个级310可以被定位成与至少一个基板305接近或接触。级310的超材料结构可以是参考图2A和图2B描述的超材料结构210的示例。在其他示例中，超材料级310的超材料结构可具有一个或多个限定超材料结构的参数，诸如截面轮廓、截面面积或高度等等。在一些示例中，超材料的每个级310可以被设计为具有不同的相位轮廓，并且每个级310的组合相位轮廓可以产生光学装置300的整体相位轮廓。在一些示例中，基于光学装置300的期望的相位轮廓，超材料的一个或多个级310可以具有与光学装置300中的超材料的其他级310不同的参数。在一些示例中，光学装置300中的超材料的每个级310可以具有相同的参数。

间隔件315可以位于两个不同的基板305之间，并且可以被配置为在不同的基板305之间产生空间325。间隔件315可以被定位成与第一基板305和第二基板305接近或接触以产生空间325。可以将超材料级310定位在由间隔件315创建的空间325中。间隔件315可以具有一个或多个限定结构的参数，诸如高度。在一些示例中，光学装置300中的每个间隔件315可以具有相同的参数。在一些示例中，一个或多个间隔件315可以具有与光学装置300中的其他间隔件315不同的参数(例如，一个或多个间隔件315的高度可以是不同的)。任何数量的间隔件315可以位于不同的基板之间。

OCA 320可以定位在由间隔件315创建的空间325中。OCA 320可以是液体OCA或凝胶OCA或其任何组合的示例。OCA 320可以是透光材料。OCA 320可以被配置为保护超材料级310。OCA 320可以被定位成使得超材料级310被定位成与基板305的表面接近或接触，并且还被定位成与OCA 320接近或接触。在这样的示例中，OCA 320可以定位在超材料级310的一个或多个表面与基板305的底表面之间。例如，OCA 320可以位于超材料的第二级310b的超材料结构的一个或多个表面与基板305的底表面之间。在一些情况下，OCA 320可以是折射率匹配物质的示例，其中OCA 320的折射率可以类似于一种或多种周围材料的折射率。

光学装置300可以被配置为波长复用器。在一些情况下，光学装置300可以被配置为波长解复用器。在这种情况下，光学装置300的输入和输出可以颠倒。输入光纤330可以被定位为与超材料的第一级310-a相距第一距离(d₁)，并且可以被配置为通过光学装置300传输一个或多个光学信号。输入光纤330可以是参考图1A描述的光学通信链路105、光学通信链路130或光学通信链路145的示例。输出光纤335可以被定位成与光学装置300的最后一层(例如，最后基板305)相距第二距离(d₂)，并且可以被配置为接收从光学装置300输出的一个或多个光学信号。输出光纤335可以是参考图1A描述的光学通信链路105、光学通信链路130或光学通信链路145的示例。在一些情况下，输入光纤330、输出光纤335或其任何组合可以是具有多个光纤的光纤阵列的示例。在一些情况下，第一距离(d₁)的大小可以与第二距离(d₂)相同。在一些情况下，第一距离(d₁)的大小可以与第二距离(d₂)的大小不同。在一些情况下，输入光纤330可以包括一个或多个SMF，并且一个或多个输入信号可以是单模输入信号。在其他示例中，输入光纤330可以包括一个或多个FMF或MMF，并且至少一个输入信号可以是多模信号。附加地或替代地，输出光纤335可以包括一个或多个SMF，并且一个或多个输出信号可以是单模输出信号。在其他示例中，输出光纤335可以包括一个或多个FMF或MMF，并且至少一个输入信号可以是多模信号。在一些情况下，额外的间隔件、额外的OCA或其组合可以位于输入光纤330和超材料的第一级310-a之间。在一些情况下，额外的间隔件、额外的OCA或其组合可以位于输出光纤335与光学装置300的最后一层(例如，最后基板305)之间。这样的额外的间隔件或额外的OCA可以被配置为减少背反射、保护超材料或在光纤和光学装置之间提供间隔、或以上各项的任何组合。

在光学装置300被配置为波长复用器的示例中，输入光纤330可以是光纤阵列的示例，并且可以将具有不同波长的两个或更多个光学信号传输到光学装置300中。两个或更多个光学信号可以穿过光学装置300的超材料的不同级310(和其他部件)。在每个级310处，两个或更多个光学信号的相位轮廓可以被移位或改变。通过不同的级310，光学装置300可以将两个或更多个光学信号组合成具有不同波长的单个光学信号。输出光纤335可以是单个输出光纤的示例，并且可以被配置为接收已经被复用以包括多个波长的光学信号。

在光学装置300被配置为波长解复用器的示例中，输入光纤330可以是单个光纤的示例，并且可以将具有不同波长的一个光学信号传输到光学装置300中。光学信号可以穿过光学装置300的超材料的不同级310(和其他部件)。在每个级310处，可以移动或改变光学信号的相位轮廓。通过不同的级310，光学装置300可以将光学信号分离成具有不同波长的两个或更多个不同的光学信号。输出光纤335可以是光纤阵列的示例，并且可以被配置为接收已经从原始光学信号解复用的两个或更多个光学信号。

在一些情况下，光学装置300可以用于WDM应用。光学装置300可以相干地将光的复用/解复用波长调整为相同的光学信号，或将相同的光学信号调整为不同的光学信号。在超材料的第一级中的光可以在许多方向上传播，并且在行进到超材料的第二级或在超材料的第二级上行进时可能会相互干涉。超材料的第二级可以在多个方向上传播光，当光行进到超材料的第三级或在超材料的第三级上行进时，这些光可能会相互干涉。间隔件315可以被配置为允许在超材料级310之间传播的光相互干涉。

图4A至图4E示出了根据本文所公开的示例的支持波长复用器或解复用器的光学装置的示例，该波长复用器或解复用器使用超材料用于光纤通信。图4A至图4E中所示的光学装置可以是使用反射表面在超材料的不同级之间传递光的光学装置折叠设计的示例。图4A至图4E中所示的光学装置可以是参照图2B描述的光学装置202的示例。图4A至图4E示出了用作波长复用器或波长解复用器的光学装置的折叠设计的各种不同配置。本公开内容不限于所说明的快速光学装置配置。图4A至图4E中所示的任何光学装置配置的任何特征，都可以与图4A至图4E所示的任何光学装置配置的任何其他特征组合。首先参考图4A描述光学装置的各方面，但在图4B至图4E中对光学装置的描述中被省略。在图4A至图4E中的光学装置中，相似编号或相似实施的特征可以类似地处理。图4A至图4E示出了具有四个超材料级的光学装置。然而，图4A至图4E的光学装置可以配置成任何数量的超材料级(例如，一个级、两个级、三个级、四个级、五个级、六个级、七个级、八个级、九个级等等)。在图4A至图4E中示出的图表可以是光学装置的截面图。

图4A示出了根据本文所公开的示例的支持波长复用器或解复用器的光学装置401的示例，该波长复用器或解复用器使用超材料用于光纤通信。光学装置401可以以折叠设计使用透光超材料结构、透光基板和反射器，以执行波长复用或波长解复用技术。光学装置401可以是参考图2B描述的光学装置202的示例。

光学装置401可包括定位成与超材料的多个级410接近或接触的基板405、第一反射器415和第二反射器420。超材料的每个级410可以包括多个超材料结构。基板405、多个级410、第一反射器415和第二反射器420可示出折叠设计，其中光在两个反射器415和420之间反弹，并基于跟随反射路径的光与超材料级410相互作用。光学装置401可以包括任意数量的超材料级410，以执行波长复用或波长解复用技术。例如，光学装置可以包括第一级410-a、第二级410-b、第三级410-c或任何数量的级410-N。

基板405可以是被配置为支撑超材料级410的透光基板。基板405可具有一个或多个限定结构的参数，诸如高度或截面面积。基板405可以是参考图2A和图2B描述的基板205的示例。

超材料级410可以包括一个或多个透光超材料结构，该透光超材料结构被配置为使穿过超材料结构的光学信号(例如，光)的相位轮廓移位。超材料的每个级410可以被定位成与基板405接近或接触。级410的超材料结构可以是参考图2A和图2B描述的超材料结构210的示例。超材料级410的超材料结构可具有一个或多个限定超材料结构的参数，诸如截面轮廓、截面面积或高度。在一些示例中，超材料的每个级410可以被设计为具有不同的相位轮廓，并且每个级410的组合相位轮廓可以产生光学装置401的整体相位轮廓。在一些示例中，基于光学装置401的期望的相位轮廓，超材料的一个或多个级410可以具有与光学装置401中的超材料的其他级410不同的参数。在一些示例中，光学装置401中的超材料的每个级410可以具有相同的参数。

第一反射器415可以与基板405连接。第一反射器415可以被配置为沿着光路反射光学装置401中的光学信号，并且反射至超材料的后续级410、第二反射器420或其任何组合。在一些情况下，第一反射器415可以由具有相对较大的反射光的性质的反射材料(诸如金)形成。在一些情况下，第一反射器415可以涂覆有具有相对较大的反射光的性质的反射材料(诸如金)。

第二反射器420可以定位成与超材料级410靠近或相邻。第二反射器420可以被配置为沿着光路反射光学装置401中的光学信号，并且反射至超材料的后续级410、第一反射器415或其任何组合。在一些情况下，第二反射器420可以由具有相对较大的反射光的性质的反射材料形成(诸如金)。在一些情况下，第二反射器420可以涂覆有具有相对较大的反射光的性质的反射材料(诸如金)。

在一些示例中，光学装置401可包含包层425，包层425可被配置成保护级410的超材料结构免于损坏，减轻与超材料结构相互作用的光学信号的损耗或其任何组合。在一些情况下，包层425可以被定位在超材料结构的表面和与超材料级410相邻的第二反射器420之间。在这样的情况下，可以在超材料结构的表面和第二反射器420的表面之间形成距离(例如，参照图2B描述的距离230)。靠近第二反射器420的超材料结构的表面可以相对于与基板405接触的超材料结构的不同表面。

第一反射器415、第二反射器420和超材料级410可以被配置为沿着光学装置401中的期望的光路引导光学信号。在一些情况下，第一反射器415和第二反射器420的一个或多个位置可以被配置为在不同方向上重定向光。例如，光学信号可以以与反射器的平面近似正交的角度撞击反射器，并且反射器可以被配置为在不同方向上引导光学信号。在一些示例中，超材料级410可以被配置为改变光学信号的方向。在一些情况下，第一反射器415、第二反射器420或超材料的至少一个级410或其任何组合可以被配置为改变光学信号的行进方向。

光学装置401可包括用于将输入光学信号接收到光学装置401中的输入孔430，或用于从光学装置401输出输出光学信号的输出孔435，或以上两者。在说明性示例中，光学装置401、输入孔430和输出孔435由第一反射器415形成。第一反射器415的一个或多个侧壁440可以形成输入孔430。同样的，第一反射器415的一个或多个侧壁445可以形成输出孔435。在一些示例中，第一反射器415可以形成一个孔(例如，输入孔430或输出孔435中的任一者)，第二反射器420可以形成另一个孔(例如，输入孔430或输出孔435中的任一者)。

光学装置401可以被配置为波长复用器。在一些情况下，光学装置401可以被配置为波长解复用器。在这种情况下，光学装置401的输入和输出可以颠倒。输入光纤450可以被定位成与输入孔430相距第一距离，并且可以被配置为将一个或多个光学信号传输到光学装置401中。输入光纤450可以是参考图1A描述的光学通信链路105或一个或多个光学通信链路130的示例。输出光纤455可以被定位成与光学装置401的输出孔435相距第二距离，并且可以被配置为接收从光学装置401输出的一个或多个光学信号。输出光纤455可以是参考图1A描述的光学通信链路105的示例。在一些情况下，输入光纤450、输出光纤455或其任何组合可以是具有多个光纤的光纤阵列的示例。在一些情况下，第一距离的大小可以与第二距离相同。在一些情况下，第一距离的大小可以不同于第二距离的大小。在一些情况下，额外的间隔件、额外的OCA或其组合可以位于输入光纤450和光学装置401之间。在一些情况下，额外的间隔件、额外的OCA或其组合可以位于输出光纤455和光学装置401之间。这样的额外的间隔件或额外的OCA可以被配置为减少背反射、保护超材料或在光纤和光学装置之间提供间隔、或以上各项的任何组合。

在光学装置401被配置为波长复用器的示例中，输入光纤450可以是光纤阵列的示例，并且可以将具有不同波长的两个或更多个光学信号传输到光学装置401中。两个或更多个光学信号可以被第一反射器415和第二反射器420反射通过光学装置401，并且可以穿过光学装置401的超材料的不同级410(和其他部件)。在每个级410处，两个或更多个光学信号的相位轮廓可以被移位或改变。通过不同的级410，光学装置401可以将两个或更多个光学信号组合成具有不同波长的单个光学信号。输出光纤455可以是单个输出光纤的示例，并且可以被配置为接收已经被复用以包括多个波长的光学信号。在一些情况下，输入光纤450可以包括一个或多个SMF，并且一个或多个输入信号可以是单模输入信号。在其他示例中，输入光纤450可以包括一个或多个FMF或MMF，并且至少一个输入信号可以是多模信号。附加地或替代地，输出光纤455可以包括一个或多个SMF，并且一个或多个输出信号可以是单模输出信号。在其他示例中，输出光纤455可以包括一个或多个FMF或MMF，并且至少一个输入信号可以是多模信号。

在光学装置401被配置为波长解复用器的示例中，输入光纤450可以是单个光纤的示例，并且可以将具有不同波长的一个光学信号传输到光学装置401中。光学信号可以被第一反射器415和第二反射器420反射通过光学装置401，并且可以穿过光学装置401的超材料的不同级410(和其他部件)。在每个级410处，可以移动或改变光学信号的相位轮廓。通过不同的级410，光学装置401可以将光学信号分离成具有不同波长的两个或更多个不同的光学信号。输出光纤455可以是光纤阵列的示例，并且可以被配置为接收已经从原始光学信号解复用的两个或更多个光学信号。

在一些情况下，光学装置401可以用于WDM应用。光学装置401可以相干地将光的波长调整为相同的光学信号，或将相同的光学信号调整为不同的光学信号。在超材料的第一级中的光可以在许多方向上传播，并且在行进到超材料的第二级或在超材料的第二级上行进时可能会相互干涉。超材料的第二级可以在多个方向上传播光，当光行进到超材料的第三级或在超材料的第三级上行进时，这些光可能会相互干涉。

图4B示出了根据本文所公开的示例的支持波长复用器或解复用器的光学装置402的示例，该波长复用器或解复用器使用超材料用于光纤通信。光学装置402可以以折叠设计使用透光超材料结构、透光基板和反射器，以执行波长复用或波长解复用技术。光学装置402可以是参考图2B与图4A描述的光学装置202与401的示例。光学装置402可以被类似地体现为光学装置401，并且相似地被编号和命名的元件可以被相似地体现。

光学装置402可包括与参考图4A描述的光学装置401不同的一些特征。例如，可以通过一个或多个侧壁440在第二反射器420中形成输入孔430，并且通过一个或多个侧壁445在第一反射器415中继续形成输出孔435。输入的光学信号可以在穿过基板405之前穿过超材料的第一级410-a。在这种情况下，输入孔430可以位于第二反射器420中，第二反射器420位于超材料级410附近。另外，输入信号可以相对于输入孔430的平面或超材料的第一级410-a的平面以近似正交的角度传输。超材料的第一级410-a可以被配置为改变光学信号的行进方向。超材料的最后级410-N也可以被配置为改变光学信号的行进方向。在一些情况下，第二反射器420、超材料的最后级410-N或其任何组合可以被配置成改变光学信号的行进方向。在一些情况下，超材料的第一级410-a可以是透射的超材料级的示例，而超材料的后续级410可以是反射的超材料级的示例。

图4C示出了根据本文所公开的示例的支持波长复用器或解复用器的光学装置403的示例，该波长复用器或解复用器使用超材料用于光纤通信。光学装置403可以以折叠设计使用透光超材料结构、透光基板和反射器，以执行波长复用或波长解复用技术。光学装置403可以是参考图2B与图4A至图4B描述的光学装置202、401与402的示例。光学装置403可以被类似地体现为光学装置401，并且相似地被编号和命名的元件可以被相似地体现。

光学装置403可包括与参考图4A描述的光学装置401不同的一些特征。可以通过一个或多个侧壁440在第二反射器420中形成输入孔430，并且通过一个或多个侧壁445在第一反射器415中继续形成输出孔435。输入的光学信号可以在穿过基板405之前穿过包层425(不具有任何超材料级)。在这种情况下，输入孔430可以位于第二反射器420中，第二反射器420位于超材料级410附近。输入信号可以被配置为以一角度传输进入光学装置403，该角度不正交于由输入孔430限定的平面、由反射器415、420限定的平面、由包层425限定的平面、由超材料级410限定的平面、或由基板405限定的平面或其任何组合。非正交角可以被配置为使光学信号沿着到超材料的连续级410的光路在反射器415、420之间反射。超材料的最后级410-N也可以被配置为改变光学信号的行进方向。在一些情况下，第二反射器420、超材料的最后级410-N或其任何组合可以被配置成改变光学信号的行进方向。

图4D示出了根据本文所公开的示例的支持波长复用器或解复用器的光学装置406的示例，该波长复用器或解复用器使用超材料用于光纤通信。光学装置406可以以折叠设计使用透光超材料结构、透光基板和反射器，以执行波长复用或波长解复用技术。光学装置406可以是参考图2B与图4A至图4C描述的光学装置202、401、402与403的示例。光学装置406可以被类似地体现为光学装置401，并且相似地被编号和命名的元件可以被相似地体现。

光学装置406可包括与参考图4A描述的光学装置401不同的一些特征。例如，超材料级410可以定位在第一反射器415附近，而不是第二反射器420附近(与光学装置401相比)。可以通过一个或多个侧壁440在第二反射器420中形成输入孔430，并且通过一个或多个侧壁445在第一反射器415中继续形成输出孔435。输入孔430位于第二反射器420中，第二反射器420位于与超材料级410相对的基板405的一侧上。输入信号可以以一角度传输进入光学装置403，该角度不正交于由输入孔430限定的平面、由反射器415、420限定的平面、由包层425限定的平面、由超材料级410限定的平面、或由基板405限定的平面或其任何组合。非正交角可以被配置为使光学信号沿着到超材料的连续级410的光路在反射器415、420之间反射。输出信号可以以一角度传输出输出孔435，该角度不正交于由输入孔430限定的平面、由反射器415、420限定的平面、由包层425限定的平面、由超材料级410限定的平面、或由基板405限定的平面或其任何组合。

图4E示出了根据本文所公开的示例的支持波长复用器或解复用器的光学装置407的示例，该波长复用器或解复用器使用超材料用于光纤通信。光学装置407可以以折叠设计使用透光超材料结构、透光基板和反射器，以执行波长复用或波长解复用技术。光学装置407可以是参考图2B与图4A至图4D描述的光学装置202、401、402、403与406的示例。光学装置407可以被类似地体现为光学装置401，并且相似地被编号和命名的元件可以被相似地体现。

光学装置407可包括与参考图4A描述的光学装置401不同的一些特征。光学装置407可包括位于第一反射器415和第二反射器420两者附近的超材料级410。例如，超材料的第一级410-a可邻近第一反射器415定位，超材料的第二级410-b可邻近第二反射器420定位。光学装置407还包括第二包层425-a，以保护位于第一反射器415附近的超材料级410。在光学装置407中，超材料级410可以位于光学装置407中光路的每个反射点处。在一些示例中，光学装置407中的至少一个反射点可以不与超材料级相关联。在这样的示例中，光学信号可以被反射器415或420中的一者至少反射一次，而不穿过超材料级410。

可以通过一个或多个侧壁440在第二反射器420中形成输入孔430，并且通过一个或多个侧壁445在第一反射器415中继续形成输出孔435。输入的光学信号可以在穿过基板405之前穿过包层425(不具有任何超材料级)。在这种情况下，输入孔430可以位于第二反射器420中，第二反射器420位于超材料级410附近。在一些示例中，超材料级410可以被定位在包层425中在输入孔430正下方。附加地或可替代地，在一些示例中，可以将超材料级定位在包层425-a中在输出孔435正上方。超材料的第一级410-a和超材料的最后级410-N还可被配置为改变光学信号的行进方向。在一些情况下，第一反射器415、超材料的第一级410-a或其任何组合可以被配置为改变光学信号的行进方向。在一些情况下，第二反射器420、超材料的最后级410-N或其任何组合可以被配置成改变光学信号的行进方向。

在一些示例中，光学装置401、402、403、406或407可以被配置为谐振折叠设计的示例。在这样的设计中，光学装置的总体结构类似于折叠设计的设计。折叠设计和谐振折叠设计之间的差异可以包括超材料级的相位轮廓的设计。例如，在堆叠设计和折叠设计两者中，可能存在固定次数的光与超材料级相互作用。然而，在谐振折叠设计中，光可能与超材料级相互作用相对大的次数(例如，在数百或数千次的量级)，或者实质上不定量或无限的次数。在谐振折叠设计中，基板405的顶表面和基板405的底表面可以形成法布里-珀罗(Fabry-Perot)腔，其中具有一个或多个特定相位轮廓的超材料级410位于这些表面附近。在这样的示例中，与其中超材料的单个级与光相互作用一次的设计相比，超材料的单个级410可以更强地与光相互作用。

为了找到谐振结构的合适相位轮廓，可以使用迭代求解器(诸如共轭梯度(CG)、共轭梯度平方(CGS)、广义最小残差迭代(GMRES)、宽松的GMRES(LGMRES)等)来求解在固定条件下的超材料内的电场。可以执行与上述伴随分析相似的伴随分析来计算相对于相位轮廓的品质因数的导数，并且可以使用非线性增强来收敛设计。

图5A至图5F示出了根据本文所公开的示例的用于制造光学装置的方法的示例，该光学装置支持使用超材料用于光纤通信的波长复用器或解复用器。图5A-5F中的每一者示出了较大的光学装置的剖开部分的透视图。每个图中的剖开部分已被限制以示出光学装置的各个方面是如何形成的，但是考虑了支持使用超材料用于光纤通信的波长复用器或解复用器的附加结构和功能。本文描述的操作可以用于形成参照图2A至图4E描述的光学装置中的任一者。方法可以是形成光学装置的自顶向下的方法。

图5A示出了根据本文所公开的示例的用于制造光学装置的方法的第一操作的示例，该光学装置支持使用超材料用于光纤通信的波长复用器或解复用器。第一操作可能不是光学装置制造过程中的第一步，而是图5A至图5F中描述的第一操作。图5A示出了光学装置501，光学装置501包括基板510和超材料层515。光学装置501是在制造过程中的第一操作完成之后出现的装置。

第一操作可以包括(例如，通过一个或多个沉积步骤和/或一个或多个蚀刻步骤)形成基板510。基板510可以是参考图2A至图4E描述的基板205、305和405的示例。在一些情况下，基板510可以由玻璃或熔融石英形成。在一些示例中，可以生长而不是沉积基板510。术语沉积和生长可以在本文中互换地使用。

另外，作为第一操作的一部分，可以将超材料层515沉积在基板510上。在一些情况下，超材料层515可以是用于在完成的光学装置中形成超材料结构的超材料的示例。超材料层515可以是参考图2A至图4E描述的超材料结构或超材料级的示例。

图5B示出了根据本文所公开的示例的用于制造光学装置的方法的第二操作的示例，该光学装置支持使用超材料用于光纤通信的波长复用器或解复用器。第二操作在参考图5A描述的第一操作之后发生。在一些情况下，在第一操作和第二操作之间可以发生其他步骤或操作。图5B示出了光学装置502，光学装置502包括基板510、超材料层515和抗蚀剂层520。光学装置502是在制造过程中的第二操作完成之后出现的装置。

在第二操作中，将抗蚀剂层520沉积或涂覆在超材料层515上。在一些情况下，抗蚀剂层520可以是硬掩模材料或牺牲层或其任何组合的示例。

图5C示出了根据本文所公开的示例的用于制造光学装置的方法的第三操作的示例，该光学装置支持使用超材料用于光纤通信的波长复用器或解复用器。第三操作在参考图5B描述的第二操作之后发生。在一些情况下，在第二操作和第三操作之间可以发生其他步骤或操作。图5C示出了光学装置503，光学装置503包括基板510、超材料层515和由抗蚀剂层520形成的多个硬掩模525。光学装置503是在制造过程中的第三操作完成之后出现的装置。

在第三操作中，去除抗蚀剂层520的部分以形成多个硬掩模525。多个硬掩模中的每个硬掩模525包括一个或多个参数(例如，截面轮廓、截面面积或高度)，该一个或多个参数被配置为控制由多个硬掩模525产生的超材料结构的参数。可以使用一种或多种蚀刻工艺、电子束光刻、光刻、纳米压印或其任何组合来形成多个硬掩模525。

图5D示出了根据本文所公开的示例的用于制造光学装置的方法的第四操作的示例，该光学装置支持使用超材料用于光纤通信的波长复用器或解复用器。第四操作在参考图5C描述的第三操作之后发生。在一些情况下，在第三操作和第四操作之间可以发生其他步骤或操作。图5D示出了光学装置504，光学装置504包括基板510和由超材料层515形成并且基于多个硬掩模525的参数形成的多个超材料结构530。光学装置504是在制造过程中的第四操作完成之后出现的装置。

在第四操作中，去除超材料层515和多个硬掩模525的部分以形成多个超材料结构530。在一些情况下，可以蚀刻抗蚀剂层的图案。多个超材料结构中的每个超材料结构530包括一个或多个参数(例如，截面轮廓、截面面积或高度)，该一个或多个参数基于最初位于超材料结构上方的硬掩模的参数而配置。可以使用一种或多种蚀刻工艺、电子束光刻、光刻、纳米压印或其任何组合来形成多个超材料结构530。在一些情况下，上面列出的工艺中的单个工艺可以用作第四操作的一部分。在一些情况下，上面列出的工艺中的两个或更多个工艺可以用作第四操作的一部分。

图5E示出了根据本文所公开的示例的用于制造光学装置的方法的第五操作的示例，该光学装置支持使用超材料用于光纤通信的波长复用器或解复用器。第五操作在参考图5D描述的第四操作之后发生。在一些情况下，在第四操作和第五操作之间可以发生其他步骤或操作。图5E示出了光学装置505，光学装置505包括基板510、多个超材料结构530和包层535。光学装置505是在制造过程中的第五操作完成之后出现的装置。

在第五操作中，在基板510和多个超材料结构530上沉积包层535。包层535可以是参考图2A和图4A至图4E描述的包层215或包层425的示例。包层535可以被配置为保护超材料结构530免受损坏、减轻与超材料结构相互作用的光学信号的损耗、或其任何组合。

图5F示出了根据本文所公开的示例的用于制造光学装置的方法的第六操作的示例，该光学装置支持使用超材料用于光纤通信的波长复用器或解复用器。第六操作在参考图5D描述的第五操作之后发生。在一些情况下，在第五操作和第六操作之间可以发生其他步骤或操作。图5F示出了光学装置506，光学装置506包括基板510、多个超材料结构530、包层535和反射器540。光学装置506是在制造过程中的第六操作完成之后出现的装置。

在第六操作中，沉积材料以形成反射器540。在一些情况下，该材料是反射材料(例如，诸如金之类的金属)。在一些情况下，该材料涂覆有反射材料(例如，诸如金之类的金属)以形成反射器540。反射器540可以形成为定位成与包层535接近或接触。在一些情况下，包层535位于超材料结构530和反射器540之间。反射器540可以是参考图2B和图4A至图4E描述的反射器220、415和420的示例。在一些情况下，光学装置506可以代表参考图2A至图4E描述的完整的存储器装置的一部分。

在自顶向下的制造光学装置的方法中，通过诸如芯片键合和/或薄膜沉积工艺(诸如等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)、原子层沉积(ALD)、热蒸发、电子束蒸发、溅射等等)之类的工艺，如图5A中所描述地，将用于超材料结构的材料放置在基板510上。用于图案化结构的技术(例如，图5B和图5C)可以是平版印刷方法，诸如电子束光刻、光刻、纳米压印光刻或其任何组合。诸如自组装之类的其他技术也可以用于图案化装置。取决于为装置选择的技术和材料，可以采用不同的抗蚀剂和蚀刻技术以将图案转移到超材料层，如图5D所示(例如，该技术可以是干式蚀刻技术，诸如反应性离子蚀刻、感应耦合等离子体蚀刻或离子铣削、或其任何组合)。在一些情况下，可以在薄膜层的顶部(例如，超材料层515)上添加另一层其他材料，以在蚀刻工艺中用作硬掩模，而不是使用抗蚀剂作为蚀刻掩模。取决于设计，可以添加包层以保护或支撑该结构，可以使用本文所述的涂覆技术(诸如旋涂)或沉积技术(例如，如图5E所示)来添加包层。可以使用本文所述的沉积技术(例如，图5F所示)将反射器(例如，金属)层添加到包层的顶部。

图6A至图6F示出了根据本文所公开的示例的用于制造光学装置的方法的示例，该光学装置支持使用超材料用于光纤通信的波长复用器或解复用器。图6A至图6F中的每一者示出了较大的光学装置的剖开部分的透视图。每个图中的剖开部分已被限制以示出光学装置的各个方面是如何形成的，但是考虑了支持使用超材料用于光纤通信的波长复用器或解复用器的附加结构和功能。本文描述的操作可以用于形成参照图2A至图4E描述的光学装置中的任一者。方法可以是形成光学装置的自下而上的方法。

图6A示出了根据本文所公开的示例的用于制造光学装置的方法的第一操作的示例，该光学装置支持使用超材料用于光纤通信的波长复用器或解复用器。第一操作可能不是光学装置制造过程中的第一步，而是图6A至图6F中描述的第一操作。图6A示出了光学装置601，光学装置601包括基板610和抗蚀剂层615。光学装置601是在制造过程中的第一操作完成之后出现的装置。

第一操作可以包括(例如，通过一个或多个沉积步骤和/或一个或多个蚀刻步骤)形成基板610。基板610可以是参考图2A至图4E描述的基板205、305和405的示例。在一些示例中，可以(例如，使用切克劳斯基工艺)生长而不是沉积基板610。术语沉积和生长可以在本文中互换地使用。

另外，作为第一操作的一部分，可以在基板610上沉积或涂覆抗蚀剂层615。在一些情况下，抗蚀剂层615可以是硬掩模材料或牺牲层或其任何组合的示例。

图6B示出了根据本文所公开的示例的用于制造光学装置的方法的第二操作的示例，该光学装置支持使用超材料用于光纤通信的波长复用器或解复用器。第二操作在参考图6A描述的第一操作之后发生。在一些情况下，在第一操作和第二操作之间可以发生其他步骤或操作。图6B示出了光学装置602，光学装置602包括基板610、抗蚀剂层615以及形成在抗蚀剂层615中的多个腔620。光学装置602是在制造过程中的第二操作完成之后出现的装置。

在第二操作中，去除抗蚀剂层615的部分以形成多个腔620。在一些情况下，可以蚀刻抗蚀剂层615的图案。多个腔中的每个腔620可以包括一个或多个参数(例如，截面轮廓、截面面积或高度)，该一个或多个参数被配置为控制由多个腔620产生的超材料结构的参数。可以使用一种或多种蚀刻工艺、电子束光刻、光刻、纳米压印或其任何组合来形成多个腔620。

图6C示出了根据本文所公开的示例的用于制造光学装置的方法的第三操作的示例，该光学装置支持使用超材料用于光纤通信的波长复用器或解复用器。第三操作在参考图6B描述的第二操作之后发生。在一些情况下，在第二操作和第三操作之间可以发生其他步骤或操作。图6C示出了光学装置603，光学装置603包括基板610、抗蚀剂层615和超材料层625。光学装置603是在制造过程中的第三操作完成之后出现的装置。

在第三操作中，可以将超材料层625沉积在抗蚀剂层615上以及形成在抗蚀剂层615中的多个腔620中。在一些情况下，超材料层625可以是用于在完成的光学装置中形成超材料结构的超材料的示例。超材料层625可以是参考图2A至图4E描述的超材料结构或超材料级的示例。在一些情况下，超材料层625在沉积之后还可包括多个腔。在这样的情况下，沉积膜的厚度在整个装置上可以是均匀的。在这样的情况下，填充多个腔620的超材料层625的材料可以在其上方在超材料层625中留下类似的腔。

图6D示出了根据本文所公开的示例的用于制造光学装置的方法的第四操作的示例，该光学装置支持使用超材料用于光纤通信的波长复用器或解复用器。第四操作在参考图6C描述的第三操作之后发生。在一些情况下，在第三操作和第四操作之间可以发生其他步骤或操作。图6D示出了光学装置604，光学装置604包括基板610和由超材料层625形成并且基于多个腔620的参数形成的多个超材料结构630。光学装置604是在制造过程中的第四操作完成之后出现的装置。

在第四操作中，去除超材料层625的部分和抗蚀剂层615的其余部分，以形成(或暴露)多个超材料结构630。多个超材料结构中的每个超材料结构630包括一个或多个参数(例如，截面轮廓、截面面积或高度)，该一个或多个参数基于将超材料层625沉积到其中的腔的参数而配置。在一些情况下，可以将一种或多种化学物质施加到光学装置604上，以去除剩余的抗蚀剂层和在剩余的抗蚀剂层顶部的超材料。在一些情况下，该工艺可以称为剥离(lift-off)。可以使用一种或多种蚀刻工艺、电子束光刻、光刻、纳米压印或剥离工艺或其任何组合来形成多个超材料结构630。在一些情况下，上面列出的工艺中的一个工艺可以用作第四操作的一部分。在一些情况下，上面列出的工艺中的两个或更多个工艺可以用作第四操作的一部分。

图6E示出了根据本文所公开的示例的用于制造光学装置的方法的第五操作的示例，该光学装置支持使用超材料用于光纤通信的波长复用器或解复用器。第五操作在参考图6D描述的第四操作之后发生。在一些情况下，在第四操作和第五操作之间可以发生其他步骤或操作。图6E示出了光学装置605，光学装置605包括基板610、多个超材料结构630和包层635。光学装置605是在制造过程中的第五操作完成之后出现的装置。

在第五操作中，在基板610和多个超材料结构630上沉积包层635。包层635可以是参考图2A和图4A至图4E描述的包层215或包层425的示例。包层635可以被配置为保护超材料结构630免受损坏、减轻与超材料结构相互作用的光学信号的损耗、或其任何组合。

图6F示出了根据本文所公开的示例的用于制造光学装置的方法的第六操作的示例，该光学装置支持使用超材料用于光纤通信的波长复用器或解复用器。第六操作在参考图6E描述的第五操作之后发生。在一些情况下，在第五操作和第六操作之间可以发生其他步骤或操作。图6F示出了光学装置606，光学装置606包括基板610、多个超材料结构630、包层635和反射器640。光学装置606是在制造过程中的第六操作完成之后出现的装置。

在第六操作中，沉积材料以形成反射器640。在一些情况下，该材料是反射材料(例如，诸如金之类的金属)。在一些情况下，该材料涂覆有反射材料(例如，诸如金之类的金属)以形成反射器640。反射器640可以形成为定位成与包层635接近或接触。在一些情况下，包层635位于超材料结构630和反射器640之间。反射器640可以是参考图2B和图4A至图4E描述的反射器220、415和420的示例。在一些情况下，光学装置606可以代表参考图2A至图4E描述的完整的存储器装置的一部分。

在自下而上的方法中，可以使用与自顶向下的方法类似的平版印刷技术来首先创建期望结构的反图案(例如，参见图6A和6B)。然后可以在图案化的抗蚀剂层615的顶部上生长薄膜层，从而填充孔(例如，参见图6C)。在剥离工艺之后(例如，参见图6D)，可以去除抗蚀剂层615以及抗蚀剂顶部的薄膜，并且将图案转移到薄膜层上以成为超材料结构。取决于设计，可以使用本文所述的涂覆技术(诸如旋涂)或沉积技术(例如，如图6E所示)来添加包层以保护或支撑结构。可以使用本文所述的沉积技术(例如，如图6F所示)将反射器(例如，金属)层添加到包层的顶部。

图7示出了流程图，该流程图示出了根据本文所公开的示例的支持使用超材料用于光纤通信的波长复用器或解复用器的方法700。方法700的操作可以由制造系统或与制造系统相关联的一个或多个控制器来实现。在一些示例中，一个或多个控制器可以执行一组指令以控制制造系统的一个或多个功能元件以执行所描述的功能。附加地或替代地，一个或多个控制器可以使用专用硬件来执行所描述的功能的各方面。

在705处，方法700可以包括生长透光的基板。705的操作可以根据本文描述的方法来执行。

在710处，方法700可以包括在基板上沉积超材料层。710的操作可以根据本文描述的方法来执行。

在715处，方法700可以包括在超材料层上沉积抗蚀剂层。715的操作可以根据本文描述的方法来执行。

在720处，方法700可以包括蚀刻抗蚀剂层的图案以形成硬掩模集。在一些情况下，可以蚀刻抗蚀剂层的一部分。720的操作可以根据本文描述的方法来执行。

在725处，方法700可以包括基于蚀刻抗蚀剂层的一部分来蚀刻硬掩模集和超材料层的暴露部分以形成超材料结构集，其中超材料结构集被配置为移位具有第一波长的第一光学信号与具有第二波长的第二光学信号的相位轮廓，以将第一光学信号和第二光学信号复用为具有第一波长和第二波长的第三光学信号。在一些情况下，可以通过在蚀刻工艺期间将抗蚀剂用作一个或多个硬掩模的同时蚀刻超材料层来形成超材料结构集。725的操作可以根据本文描述的方法来执行。

在一些示例中，本文所述的装置可以执行一种或多种方法，诸如方法700。设备可以包括特征、构件或指令(例如，存储可由处理器执行的指令的非瞬时性计算机可读介质)，以用于生长透光的基板、在基板上沉积超材料层、在超材料层上沉积抗蚀剂层、蚀刻抗蚀剂层的一部分以形成硬掩模集、并基于蚀刻抗蚀剂层的一部分来蚀刻硬掩模集和超材料层的暴露部分以形成超材料结构集。超材料结构集可被配置为移位具有第一波长的第一光学信号与具有第二波长的第二光学信号的相位轮廓，以将第一光学信号和第二光学信号复用为具有第一波长和第二波长的第三光学信号。

本文描述的方法700和设备的一些示例可以进一步包括用于基于蚀刻硬掩模集和超材料层的暴露部分来沉积反射材料的操作、特征、构件或指令，以在超材料结构集的一端处形成反射器。本文描述的方法700和设备的一些示例可以进一步包括用于基于蚀刻硬掩模集和超材料层的暴露部分，而在超材料结构集上以及在基板的暴露部分上沉积包层的操作、特征、构件或指令，其中反射材料的沉积可以基于包层的沉积。在本文描述的方法700和设备的一些示例中，反射材料可以沉积在可以位于超材料结构集和反射材料之间的包层上。

在本文描述的方法700和设备的一些示例中，超材料结构集中的每个超材料结构可具有一个或多个参数，该一个或多个参数包括超材料结构的高度、超材料结构的截面轮廓、超材料结构的直径、超材料结构的介电性质或其任何组合。在本文描述的方法700和设备的一些示例中，每个超材料结构的一个或多个参数中的至少一些可以基于相关联的硬掩模的第二截面轮廓。

图8示出了流程图，该流程图示出了根据本文所公开的示例的支持使用超材料用于光纤通信的波长复用器或解复用器的方法800。方法800的操作可以由制造系统或与制造系统相关联的一个或多个控制器来实现。在一些示例中，一个或多个控制器可以执行一组指令以控制制造系统的一个或多个功能元件以执行所描述的功能。附加地或替代地，一个或多个控制器可以使用专用硬件来执行所描述的功能的各方面。

在805处，方法800可以包括沉积透光的基板。805的操作可以根据本文描述的方法来执行。

在810处，方法800可以包括在基板上沉积抗蚀剂层。810的操作可以根据本文描述的方法来执行。

在815处，方法800可以包括蚀刻抗蚀剂层的图案以在抗蚀剂层中形成腔集。在一些情况下，可以蚀刻抗蚀剂层的一部分。815的操作可以根据本文描述的方法来执行。

在820处，方法800可以包括在形成腔集的抗蚀剂层上沉积超材料层，超材料层填充在抗蚀剂层中形成的腔集中的至少一些腔。820的操作可以根据本文描述的方法来执行。

在825处，方法800可以包括基于在抗蚀剂层上沉积超材料层来去除超材料层与抗蚀剂层以形成超材料结构集，其中超材料结构集被配置为移位具有第一波长的第一光学信号与具有第二波长的第二光学信号的相位轮廓，以将第一光学信号和第二光学信号复用为具有第一波长和第二波长的第三光学信号。在一些情况下，可以将一种或多种化学物质施加到结构上，以去除剩余的抗蚀剂层和在剩余的抗蚀剂层顶部的超材料。在一些情况下，该工艺可以称为剥离。825的操作可以根据本文描述的方法来执行。

在一些示例中，本文所述的装置可以执行一种或多种方法，诸如方法800。设备可以包括特征、构件或指令(例如，存储可由处理器执行的指令的非瞬时性计算机可读介质)，以用于沉积透光的基板、在基板上沉积抗蚀剂层、蚀刻抗蚀剂层的一部分以在抗蚀剂层中形成腔集、在形成腔集的抗蚀剂层上沉积超材料层(超材料层填充在抗蚀剂层中形成的腔集中的至少一些)、并蚀刻超材料层和抗蚀剂层以基于在抗蚀剂层上沉积超材料层而形成超材料结构集。超材料结构集可被配置为移位具有第一波长的第一光学信号与具有第二波长的第二光学信号的相位轮廓，以将第一光学信号和第二光学信号复用为具有第一波长和第二波长的第三光学信号。

本文描述的方法800和设备的一些示例可以进一步包括用于基于蚀刻超材料层与抗蚀剂层来沉积反射材料的操作、特征、构件或指令，以在超材料结构集的一端处形成反射器。本文描述的方法800和设备的一些示例可以进一步包括用于基于蚀刻超材料层和抗蚀剂层，而在超材料结构集上以及在基板的暴露部分上沉积包层的操作、特征、构件或指令，其中反射材料的沉积可以基于包层的沉积。在本文描述的方法800和设备的一些示例中，反射材料可以沉积在可以位于超材料结构集和反射材料之间的包层上。

在本文描述的方法800和设备的一些示例中，超材料结构集中的每个超材料结构可具有超材料结构的一个或多个参数，该一个或多个参数包括超材料结构的高度、超材料结构的截面轮廓、超材料结构的直径、超材料结构的介电性质或其任何组合。在本文描述的方法800和设备的一些示例中，每个超材料结构的一个或多个参数中的至少一些可以基于抗蚀剂层中的相关联的腔的第二截面轮廓。

应当注意，上述方法描述了可能的实施方式，并且操作和步骤可以被重新布置或以其他方式修改，并且其他实施方式是可能的。此外，可以组合来自两种或更多种方法的部分。

本文描述的信息和信号可以使用多种不同技艺和技术中的任何一种来表示。例如，贯穿以上描述始终可能述及的数据、指令、命令、信息、信号、位、码元、以及码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光粒子、或以上各项的任何组合来表示。一些附图可以将信号示出为单个信号；然而，本领域普通技术人员将理解，信号可以表示信号总线，其中总线可以具有各种位宽度。

术语“电子通信”、“导电触点”、“连接”和“耦合”可以指支持部件之间的信号流的部件之间的关系。如果部件之间存在任何可以随时支持部件之间信号流的导电路径，则认为部件彼此电子通信(或彼此导电接触、或彼此连接或耦合)。在任何给定时间，基于包括连接部件的装置的操作，彼此电子通信(或彼此导电接触或彼此连接或耦合)的部件之间的导电路径可以是开路或闭路。连接的部件之间的导电路径可以是部件之间的直接导电路径，或者连接的部件之间的导电路径可以是可以包括中间部件(诸如开关、晶体管或其他部件)的间接导电路径。在一些示例中，例如，使用诸如开关或晶体管之类的一个或多个中间部件，可以将连接的部件之间的信号流中断一段时间。

本文讨论的装置(包括光学装置)可以形成在半导体基板(诸如硅、锗、硅锗合金、砷化镓、氮化镓等)上。在一些示例中，基板是半导体晶片。在其他示例中，基板可以是绝缘体上硅(SOI)基板(诸如玻璃上硅(SOG)或蓝宝石上硅(SOP))、或另一基板上的半导体材料的外延层。可以通过使用各种化学物质(包括但不限于磷、硼或砷)通过掺杂来控制基板或基板的子区域的电导率。可以在基板的初始形成或生长期间通过离子注入或通过任何其他掺杂方式来执行掺杂。

本文结合附图阐述的说明描述了示例配置，并且不代表可以实现的或在权利要求的范围内的所有示例。本文使用的术语“示例性”是指“用作示例、实例或说明”，而不是“优选”或“优于其他示例”。本详细描述包括特定细节以提供对所描述技术的理解。然而，可以在没有这些特定细节的情况下实践这些技术。在一些实例中，以框图形式示出了公知的结构和装置，以避免使所描述的示例的概念不清楚。

在附图中，类似的部件或特征可具有相同的附图标记。此外，相同类型的各种部件可通过在附图标记之后跟随短划线和在相似部件之间进行区分的第二标记来加以区分。如果说明书中仅使用了第一附图标记，则该描述可适用于具有相同的第一附图标记的类似部件中的任一者，而不论第二附图标记如何。

结合本文的公开内容描述的各种说明性块和模块可以用被设计成执行本文描述的功能的通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑设备、离散栅极或晶体管逻辑、离散硬件部件或其任何组合来实施或执行。通用处理器可以是微处理器，但可替代地，该处理器可以是任何处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可以实施为计算装置的组合(例如，数字信号处理器(DSP)和微处理器、多个微处理器、结合DSP核心的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置的组合)。

本文描述的功能可以以硬件、由处理器执行的软件、固件或其任何组合来实现。如果在由处理器执行的软件中实现，则功能可以作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上或通过计算机可读介质传输。其他示例和实施方式在本公开内容和所附权利要求的范围内。例如，由于软件的性质，可以使用由处理器执行的软件、硬件、固件、硬接线或其任何组合来实现上述功能。实现功能的特征还可以物理地位于各种位置，包括分布成使得功能的各部分在不同的物理位置处实现。另外，如本文中(包括在权利要求中)所使用的，在项目列举(例如，以诸如“……中的至少一个”或“……中的一个或多个”之类的短语开头的项目列举)中使用的“或”指示包含性列举，使得例如A、B或C中的至少一个的列举意指A或B或C或AB或AC或BC或ABC(即，A和B和C)。而且，如本文所使用的，短语“基于”不应被解释为对封闭条件集合的引用。例如，在不脱离本公开内容的范围的情况下，被描述为“基于条件A”的示例性步骤可以基于条件A和条件B两者。换句话说，如本文所使用的，短语“基于”应以与短语“至少部分地基于”相同的方式解释。

计算机可读介质包括非瞬时性计算机存储介质和通信介质两者，通信介质包括有助于将计算机程序从一个地方转移到另一地方的任何介质。非瞬时性存储介质可以是可由通用或专用计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限制，非瞬时性计算机可读介质可包含随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电子可擦除可编程序只读存储器(EEPROM)、压缩盘(CD)ROM或其他光盘存储、磁盘存储或其他磁性存储装置、或可用于可由通用或专用计算机或通用或专用处理器访问的指令或数据结构形式携载或存储期望的程序代码构件的任何其他非瞬时性介质。而且，任何连接都适当地称为计算机可读介质。例如，如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线(DSL)或无线技术(诸如红外、无线电和微波)从网站、服务器或其他远程源传输软件，则同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线(DSL)或无线技术(诸如红外、无线电和微波)被包括在介质的定义中。本文使用的磁盘和光盘包括CD、激光光盘、光盘、数字多功能光盘(DVD)、软盘和蓝光光盘、其中磁盘通常以磁性方式再现数据，而光盘则通过激光以光学方式再现数据。前述的组合也被包含在计算机可读介质的范围内。

提供本文的描述以使本领域技术人员能够做出或使用本公开内容。对本公开内容的各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的，并且在不脱离本公开内容的范围的情况下，本文中定义的一般原理可以应用于其他变型。因此，本公开内容不限于本文描述的示例和设计，而是应被赋予与本文公开的原理和新颖性特征一致的最广泛范围。

Claims (20)

1.一种设备，包括：

第一基板，所述第一基板是透光的；

第一超材料级，所述第一超材料级与所述第一基板接触；

第二超材料级，所述第二超材料级与所述第一基板接触；以及

反射器，所述反射器定位成与所述第一基板相对，且所述反射器被配置成反射通过所述第一超材料级的光学信号，使所述光学信号再次通过所述第一超材料级，

其中所述第一超材料级与所述第二超材料级被配置为至少部分地基于由所述第一超材料级与所述第二超材料级移位第一光学信号的第一相位轮廓与第二光学信号的第二相位轮廓，来将具有第一波长的所述第一光学信号与具有第二波长的所述第二光学信号复用为具有所述第一波长与所述第二波长的第三光学信号。

2.如权利要求1所述的设备，其中：

所述第一超材料级被配置成移位所述第一光学信号的所述第一相位轮廓与所述第二光学信号的所述第二相位轮廓，并输出第一经移位光学信号与第二经移位光学信号；以及

所述第二超材料级被配置成移位所述第一经移位光学信号的第三相位轮廓与所述第二经移位光学信号的第四相位轮廓，并输出包含所述第一波长与所述第二波长的所述第三光学信号。

3.如权利要求1所述的设备，进一步包含：

包层，所述包层定位在所述第一超材料级与所述反射器之间，所述包层的厚度被配置成减轻与所述第一超材料级相互作用的光学信号的损耗、或保护所述第一超材料级、或以上各项的组合。

4.如权利要求3所述的设备，其中所述包层的所述厚度在500纳米与2微米之间。

5.如权利要求1所述的设备，进一步包含：

第一反射器与第二反射器，所述第一反射器与所述第二反射器被配置成反射所述第一光学信号与所述第二光学信号，所述第一基板定位在所述第一反射器与所述第二反射器之间。

6.如权利要求5所述的设备，其中：

所述第一超材料级与所述第二超材料级定位成接近所述第一反射器。

7.如权利要求5所述的设备，其中：

所述第一超材料级定位成接近所述第一反射器；以及

所述第二超材料级定位成接近所述第二反射器。

8.如权利要求5所述的设备，其中：

所述第一反射器形成第一孔，所述第一孔用于接收所述第一光学信号与所述第二光学信号；以及

所述第二反射器形成第二孔，所述第二孔用于输出所述第三光学信号。

9.如权利要求5所述的设备，其中：

所述第一反射器形成第一孔与第二孔，所述第一孔用于接收所述第一光学信号与所述第二光学信号，所述第二孔用于输出所述第三光学信号。

10.如权利要求5所述的设备，其中所述第一基板、所述第一反射器、所述第二反射器、所述第一超材料级与所述第二材料级形成法布里-珀罗腔，所述法布里-珀罗腔被配置成生成所述第一光学信号与所述第二光学信号的一个或多个谐振反射。

11.如权利要求1所述的设备，其中所述第一超材料级包含：

多个超材料结构，所述多个超材料结构以图案布置以至少部分地基于所述多个超材料结构中的每个超材料结构的一个或多个参数来移位所述光学信号的相位轮廓。

12.如权利要求11所述的设备，其中所述超材料结构的所述一个或多个参数包含所述超材料结构的高度、所述超材料结构的截面轮廓、所述超材料结构的直径、所述超材料结构的介电性质、或以上各项的组合，并且其中与第二超材料结构相比，对于第一超材料结构的所述超材料结构的所述一个或多个参数中的至少一个参数是不同的。

13.如权利要求11所述的设备，其中由所述第一超材料级引起的总相移至少部分地基于每个超材料结构的相移轮廓与所述多个超材料结构的所述图案。

14.一种方法，包含以下步骤：

生长透光的基板；

在所述基板上沉积超材料层；

在所述超材料层上沉积抗蚀剂层；

蚀刻所述抗蚀剂层的一部分以形成多个硬掩模；以及

至少部分地基于蚀刻所述抗蚀剂层的所述部分来蚀刻所述多个硬掩模和所述超材料层的暴露部分，以形成多个超材料结构，其中所述多个超材料结构被配置为移位具有第一波长的第一光学信号与具有第二波长的第二光学信号的相位轮廓，以将所述第一光学信号和所述第二光学信号复用为具有所述第一波长和所述第二波长的第三光学信号。

15.如权利要求14所述的方法，进一步包含以下步骤：

至少部分地基于蚀刻所述多个硬掩模和所述超材料层的所述暴露部分来沉积反射材料，以在所述多个超材料结构的一端处形成反射器。

16.如权利要求15所述的方法，进一步包含以下步骤：

至少部分地基于蚀刻所述多个硬掩模和所述超材料层的所述暴露部分来在所述多个超材料结构上以及在所述基板的暴露部分上沉积包层，其中至少部分地基于沉积所述包层来沉积所述反射材料。

17.如权利要求16所述的方法，其中所述反射材料被沉积在位于所述多个超材料结构和所述反射材料之间的所述包层上。

18.如权利要求14所述的方法，其中所述多个超材料结构中的每个超材料结构具有一个或多个参数，所述一个或多个参数包括所述超材料结构的高度、所述超材料结构的截面轮廓、所述超材料结构的直径、所述超材料结构的介电性质、或以上各项的组合。

19.如权利要求18所述的方法，其中每个超材料结构的所述一个或多个参数中的至少一些参数至少部分地基于相关联的硬掩模的第二截面轮廓。

20.一种设备，包括：

基板，所述基板是透光的；

超材料级，所述超材料级与所述基板接触；以及

反射器，所述反射器定位成与所述基板相对，且所述反射器被配置成反射通过所述超材料级的光学信号，使所述光学信号再次通过所述超材料级，

其中所述超材料级被配置为至少部分地基于在第一光学信号从所述反射器反射之前与之后由所述超材料级移位所述第一光学信号的相位轮廓，来将具有第一波长与第二波长的所述第一光学信号解复用为具有所述第一波长的第二光学信号与具有所述第二波长的第三光学信号，所述第二光学信号具有由所述第一光学信号传递的第一部分信息，且所述第三光学信号具有由所述第一光学信号传递的第二部分信息。

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