TW202146955A - 用於光纖通訊的使用超材料的模態多工器/解多工器 - Google Patents

Abstract

描述了用於在光通信系統中使用一種或多種超材料執行模分多工或解多工的系統、裝置和技術。光學裝置可經配置以使用超材料的一或多個級，來移位光信號的一或多個相位輪廓，以將沿著第一模態行進的第一光信號轉換成沿著第二模態行進的第二光信號，第二模態不同於第一模態。光學裝置可以是堆疊設計的示例，其中兩個或更多個級的超材料彼此堆疊。光學裝置可以是折疊設計的示例，折疊設計在超材料的不同級之間反射光信號。

Description

用於光纖通訊的使用超材料的模態多工器/解多工器

對相關申請案的交互參照：本申請案根據專利法第28條之規定，主張對於申請於2020年1月31日的美國臨時申請案第62/968,549號的優先權，在此仰賴且併入此美國臨時申請案之內容以作為參考。

下文總體上涉及一或多個光通信系統，並且更特定而言涉及使用超材料進行光纖通信的模態多工器或解多工器。

光通信系統被廣泛地部署以提供各種類型的通信內容，例如語音內容、視訊內容、封包資料、消息收發、廣播內容等等。光通信系統依賴於對共同傳輸光纖上的光信號的各種類型的調整，以增加可在傳輸光纖上傳輸的資訊量。

本揭示內容的系統、方法和裝置各自具有幾個新的和創新的態樣。本概述提供了這些新的和創新的態樣的一些示例，但是本揭示內容內容可以包括本概述中未包括的新的和創新的態樣。

一種設備，包括：第一基板，第一基板是透光的； 第一超材料級，第一超材料級與第一基板接觸；第二超材料級，第二超材料級與第一基板接觸，第一超材料級與第二超材料級經配置以：透過第一光通信鏈路接收具有第一模態的第一光信號；透過第二光通信鏈路接收具有第二模態的第二光信號；透過移位第一光信號的第一相位輪廓，生成具有第三模態的第三光信號；透過移位第二光信號的第二相位輪廓，生成具有第四模態的第四光信號；以及透過第三光通信鏈路發送第三光信號與第四光信號，第三光通信鏈路包含多模光通信鏈路。

在一些範例中，第一超材料級可經配置以移位第一光學信號的第一相位輪廓與第二光學信號的第二相位輪廓，並輸出第一經移位光學信號與第二經移位光學信號，且第二超材料級可經配置以移位第一經移位光學信號的第三相位輪廓與第二經移位光學信號的第四相位輪廓，並輸出第三光學信號與第四光學信號。

設備的一些示例可包括第二基板，第二基板可以是透光的，第二基板定位成接觸或鄰近第二超材料級，其中第一基板、第一超材料級、第二基板和第二超材料級形成堆疊結構。

設備的一些示例可以包括間隔墊，間隔墊定位為接觸或鄰近第一基板和第二基板，並在第一基板的第一表面和第二基板的第二表面之間形成空間，其中第二超材料級可以放置在由間隔墊產生的空間中。

設備的一些示例可以包括液體光透明黏合劑，液體光透明黏合劑定位在由間隔墊產生的空間中，其中第二超材料級可被定位成接觸或鄰近第二基板的第二表面，並且液體光透明黏合劑可放置在第二超材料級和第一基板的第一表面之間。

設備的一些範例可包含第一反射器與第二反射器，第一反射器與第二反射器經配置以反射第一光信號與第二光信號，第一基板定位在第一反射器與第二反射器之間。

設備的一些範例可包含包層，包層定位在第一超材料級與第一反射器之間，包層的厚度經配置以減輕與第一超材料級互動的光信號的損失，或經配置以保護第一超材料級，或對以上之組合配置。

在一些範例中，第一超材料級與第二超材料級可定位為鄰近或接觸第一反射器；或者第一超材料級可定位為鄰近或接觸第一反射器，且第二超材料級可定位為鄰近或接觸第二反射器。

在一些範例中，第一反射器形成第一孔，第一孔用於接收第一光信號與第二光信號，第二反射器形成第二孔，第二孔用於輸出第三光信號；或者第一反射器形成第一孔與第二孔，第一孔用於接收第一光信號與第二光信號，第二孔用於輸出第三光信號。

在一些範例中，第一基板、第一反射器、第二反射器、第一超材料級與第二超材料級形成Fabry-Perot腔，Fabry-Perot腔經配置以產生第一光信號與第二光信號的一或多個諧振反射。

在一些範例中，第一超材料級可包含對於超材料結構組的操作、特徵、構件或指令，超材料結構組以一圖案佈置以移位光信號的相位輪廓，此係至少部分基於超材料結構組的每個超材料結構的一或多個參數。

在一些示例中，此組超材料結構的一或多個參數包括超材料結構的高度、超材料結構的截面輪廓、超材料結構的直徑、超材料結構的介電性質或其任意組合。

在一些範例中，第一超材料級引起的總相位移位可基於每個超材料結構的相位移位輪廓與超材料結構組的圖案。

一種設備，包括：基板，基板是透光的；以及超材料級，超材料級與基板接觸並經配置以：透過第一光通信鏈路接收具有第一模態的第一光信號與具有第二模態的第二光信號，第一光通信鏈路包含多模光通信鏈路；至少部分基於透過超材料級移位第一光信號的第一相位輪廓，從第一光信號生成具有第三模態的第三光信號；以及至少部分基於透過超材料級移位第二光信號的第二相位輪廓，從第二光信號生成具有第四模態的第四光信號；透過第二光通信鏈路發送具有第三模態的第三光信號；以及透過第三光通信鏈路發送具有第四模態的第四光信號。

一種方法，包含以下步驟：沉積透光的基板；在基板上沉積抗蝕劑層；蝕刻抗蝕劑層的一部分以在抗蝕劑層中形成複數個腔；以及在形成複數個腔的抗蝕劑層上沉積超材料層，超材料層填充在抗蝕劑層中形成的複數個腔中的至少一些腔；至少部分基於在抗蝕劑層上沉積超材料層來蝕刻超材料層與抗蝕劑層以形成複數個超材料結構，其中複數個超材料結構被配置為移位具有第一模態的第一光信號的第一相位輪廓與具有第二模態的第二光信號的第二相位輪廓，以產生具有第三模態的第三光信號和具有第四模態的第四光信號。

一種設備，可包括處理器、與處理器進行電子通信的記憶體、以及存儲在記憶體中的指令。指令可由處理器執行以使得裝置：長成透光的基板；在基板上沉積超材料層；在超材料層上沉積抗蝕劑層；蝕刻抗蝕劑層的一部分以形成一組硬遮罩；以及基於蝕刻抗蝕劑層的部分來蝕刻硬遮罩組與超材料層的暴露部分，以形成一組超材料結構，其中超材料結構組被配置為移位具有第一模態的第一光信號的第一相位輪廓與具有第二模態的第二光信號的第二相位輪廓，以產生具有第三模態的第三光信號和具有第四模態的第四光信號。

另一設備可包含：用於沉積透光的基板的構件；用於在基板上沉積抗蝕劑層的構件；用於蝕刻抗蝕劑層的一部分以形成一組硬遮罩的構件；以及用於基於蝕刻抗蝕劑層的部分來蝕刻硬遮罩組與超材料層的暴露部分，以形成一組超材料結構的構件，其中超材料結構組被配置為移位具有第一模態的第一光信號的第一相位輪廓與具有第二模態的第二光信號的第二相位輪廓，以產生具有第三模態的第三光信號和具有第四模態的第四光信號。

描述了一種存儲代碼的非暫態性電腦可讀取媒體。代碼可包含指令，指令可由處理器執行而：長成透光的基板；在基板上沉積超材料層；在超材料層上沉積抗蝕劑層；蝕刻抗蝕劑層的一部分以形成一組硬遮罩；以及基於蝕刻抗蝕劑層的部分來蝕刻硬遮罩組與超材料層的暴露部分，以形成一組超材料結構，其中超材料結構組被配置為移位具有第一模態的第一光信號的第一相位輪廓與具有第二模態的第二光信號的第二相位輪廓，以產生具有第三模態的第三光信號和具有第四模態的第四光信號。

本文描述的方法、設備和非暫態性電腦可讀取媒體的一些示例，可以進一步包括用於基於蝕刻硬遮罩組和暴露的超材料層的一部分來沉積反射材料的操作、特徵、構件或指令，以在此組超材料結構的一端上形成反射器。

本文描述的方法、設備和非暫態性電腦可讀取媒體的一些示例，可以進一步包括用於基於蝕刻硬遮罩組和超材料層的暴露部分，而在此組超材料結構上以及在基板的暴露部分上沉積包層的操作、特徵、構件或指令，其中反射材料的沉積可以基於包層的沉積。

在本文描述的方法、設備和非暫態性電腦可讀取媒體的一些示例中，反射材料可以沉積在可以位於此組超材料結構和反射材料之間的包層上。

在本文描述的方法、設備和非暫態性電腦可讀取媒體的一些示例中，此組超材料結構的每個超材料結構可具有一或多個參數，參數包括超材料結構的高度、超材料結構的截面輪廓、超材料結構的直徑、超材料結構的介電性質或其任意組合。

在本文描述的方法、設備和非暫態性電腦可讀取媒體的一些示例中，每個超材料結構的一或多個參數中的至少一些可以基於相關聯的硬遮罩的第二截面輪廓。

一種方法，可包含以下步驟：沉積透光的基板；在基板上沉積抗蝕劑層；蝕刻抗蝕劑層的部分以在抗蝕劑層中形成一組腔；在形成此組腔的抗蝕劑層上沉積超材料層，超材料層填充在抗蝕劑層中形成的複數個腔中的至少一些腔；基於在抗蝕劑層上沉積超材料層來蝕刻超材料層與抗蝕劑層以形成一組超材料結構，其中此組超材料結構被配置為移位具有第一模態的第一光信號的第一相位輪廓與具有第二模態的第二光信號的第二相位輪廓，以產生具有第三模態的第三光信號和具有第四模態的第四光信號。

一種設備，可包括處理器、與處理器進行電子通信的記憶體、以及存儲在記憶體中的指令。指令可由處理器執行以使得設備：沉積透光的基板；在基板上沉積抗蝕劑層；蝕刻抗蝕劑層的部分以在抗蝕劑層中形成一組腔；在形成此組腔的抗蝕劑層上沉積超材料層，超材料層填充在抗蝕劑層中形成的複數個腔中的至少一些腔；基於在抗蝕劑層上沉積超材料層來蝕刻超材料層與抗蝕劑層以形成一組超材料結構，其中此組超材料結構被配置為移位具有第一模態的第一光信號的第一相位輪廓與具有第二模態的第二光信號的第二相位輪廓，以產生具有第三模態的第三光信號和具有第四模態的第四光信號。

另一設備可包含：用於沉積透光的基板的構件；用於在基板上沉積抗蝕劑層的構件；用於蝕刻抗蝕劑層的部分以在抗蝕劑層中形成一組腔的構件；用於在形成此組腔的抗蝕劑層上沉積超材料層的構件，超材料層填充在抗蝕劑層中形成的複數個腔中的至少一些腔；用於基於在抗蝕劑層上沉積超材料層來蝕刻超材料層與抗蝕劑層以形成一組超材料結構的構件，其中此組超材料結構被配置為移位具有第一模態的第一光信號的第一相位輪廓與具有第二模態的第二光信號的第二相位輪廓，以產生具有第三模態的第三光信號和具有第四模態的第四光信號。

描述了一種存儲代碼的非暫態性電腦可讀取媒體。代碼可包含可由處理器執行的指令以：沉積透光的基板；在基板上沉積抗蝕劑層；蝕刻抗蝕劑層的部分以在抗蝕劑層中形成一組腔；在形成此組腔的抗蝕劑層上沉積超材料層，超材料層填充在抗蝕劑層中形成的複數個腔中的至少一些腔；基於在抗蝕劑層上沉積超材料層來蝕刻超材料層與抗蝕劑層以形成一組超材料結構，其中此組超材料結構被配置為移位具有第一模態的第一光信號的第一相位輪廓與具有第二模態的第二光信號的第二相位輪廓，以產生具有第三模態的第三光信號和具有第四模態的第四光信號。

本文描述的方法、設備和非暫態性電腦可讀取媒體的一些示例，可以進一步包括用於基於蝕刻超材料層和抗蝕劑層來沉積反射材料的操作、特徵、構件或指令，以在此組超材料結構的一端上形成反射器。

在本文描述的方法、設備和非暫態性電腦可讀取媒體，可以進一步包括用於基於蝕刻超材料層和抗蝕劑層，而在此組超材料結構上以及在基板的暴露部分上沉積包層的操作、特徵、構件或指令，其中反射材料的沉積可以基於包層的沉積。

在本文描述的方法、設備和非暫態性電腦可讀取媒體的一些示例中，反射材料可以沉積在可以位於此組超材料結構和反射材料之間的包層上。

在本文描述的方法、設備和非暫態性電腦可讀取媒體的一些示例中，此組超材料結構的每個超材料結構可具有一或多個參數，參數包括超材料結構的高度、超材料結構的截面輪廓、超材料結構的直徑、超材料結構的介電性質或其任意組合。

在本文描述的方法、設備和非暫態性電腦可讀取媒體的一些示例中，每個超材料結構的一或多個參數中的至少一些可以基於抗蝕劑層中相關聯的腔的第二截面輪廓。

光通信系統被廣泛地部署以提供各種類型的通信內容，例如語音內容、視訊內容、封包資料、消息收發、廣播內容等等。光通信系統依賴於對共同傳輸光纖上的光信號的各種類型的調變，以增加可在傳輸光纖上傳輸的資訊量。某些類型的調變可以包括波分多工（WDM）、偏振分多工（PDM）、頻分多工（FDM）、時分多工（TDM）、空分多工（SDM）和模分多工（MDM）。光通信鏈路可以包括一或多個多模光纖（MMF）、一或多個少模光纖（FMF）、一或多個單模光纖（SMF）、一或多個多纖芯光纖（MCF）或它們的任何組合。

MCF可能是在一個共同包層中包含多個纖芯的光纖的示例。MCF可以包括複數個SMF、複數個FMF、複數個MMF或其任意組合。例如，MCF可以包括具有單一類型的光纖（例如所有SMF），也可以包括不同類型的光纖（例如一個SMF和三個MMF）。使用MCF，可以設計纖芯的設計、纖芯的數量、纖芯佈局、外包層厚度（例如，外纖芯中心與包層-塗層界面之間的最小距離）、包層直徑或其任意組合，用於實現MCF的光和機械效能。理想的光纖設計可能因應用而異。在一些示例中，MCF可以包括第一纖芯、第二纖芯、第三纖芯和第四纖芯。MCF可以包含任何數量的纖芯。

MCF可以是耦合的MCF或非耦合的MCF的示例。某些MCF可能會遇到與內纖芯間串擾或其他干擾有關的問題。未耦合的MCF可以是假定每個單獨的纖芯為獨立光路的MCF。耦合的MCF可以是其中一個纖芯被假定至少部分地依賴於另一纖芯的MCF。在一些示例中，未耦合的MCF中的至少一些纖芯之間的距離，可以大於耦合的MCF中的至少一些纖芯之間的距離。

MDM技術可用於短距離光通信系統（例如，用於資料中心內的連接）和遠端光通信系統（例如用於資料中心間的連接、大都市環境、海底環境（例如跨大陸光通信鏈結））。透過使用以FMF或MMF的不同引導模態（例如，光在光纖中傳播透過的可能路徑）傳播的多個光信號，可以有效地增加光通信鏈路的通信容量。在這樣的光學系統中，可以使用模態多工器和模態解多工器來執行MDM技術。例如，多工器可以將以SMF傳播的光信號組合成（例如）以FMF或MMF的不同模態傳播的光信號，而解多工器可以將以FMF或MMF的不同模態傳播的光信號分離為（例如）以SMF傳播的光信號。在其他示例中，多工器或解多工器可以與MCF一起使用，以在MCF的不同纖芯中的不同光信號的不同模態之間進行轉換。

描述了用於在光通信系統中使用一種或多種超材料執行模分多工或解多工的系統、裝置和技術。光學裝置可經配置以使用超材料的一或多個級，來移位光信號的一個或一個以上相位輪廓，以多工或解多工光信號的相應空間模態。光學裝置可以是堆疊設計的示例，其中兩個或更多個級的超材料彼此堆疊。光學裝置可以是折疊設計的示例，折疊設計在超材料的不同級之間反射光信號。

首先在參考圖1A描述的光學系統的背景內容中描述本揭示內容的特徵。如參照圖2A至圖8所描述的，在光學裝置、相位輪廓和流程圖的背景內容中進一步描述本揭示內容的特徵。

圖1A示出了根據本文所揭示的示例的光學系統100的示意圖的示例，光學系統100支援使用超材料用於光纖通信的模態多工器或解多工器。光學系統100可以包括光通信鏈路105、發送器系統110和接收器系統115。

光學系統100可以利用MDM的技術，來增加透過單個光通信鏈路105通信的資訊量。MDM技術可以包括將在一定數量的SMF上承載的一定數量的光信號，使用FMF或MMF的不同引導模態多工到更少數量的那些FMF或MMF上（或反之亦然）。在一些示例中，這樣的技術可以使得能夠在單根光纖上進行雙向通信或者在單根光纖上進行容量倍增。實際上，MDM可以將光信號從第一光纖中的第一模態轉換為第二光纖中的第二模態，第一模態不同於第二模態。在某些情況下，MDM技術可以將光信號從第一光纖中的第一模態轉換為第三光纖中的第一模態。在一些情況下，MDM技術可以將光信號從第二光纖中的第一模態轉換為第三光纖中的第二模態，第一模態不同於第二模態。這樣的情況可以由同一光學裝置同時進行。MDM技術還可以包括解多工技術，解多工技術可以將具有不同空間模態中的不同資訊的光信號（例如單個光信號）解多工為更多的光信號（例如兩個或多個光信號）。MDM技術可以增加光通信鏈路105的通信容量。

光通信鏈路105可以是用於傳遞一或多個光信號的光纖的示例。光纖可以透過內反射原理將光從一端傳輸到另一端。可以用資訊來調變由光通信鏈路105傳送的一或多個光信號，以支援發送器系統110和接收器系統115之間的通信。光通信鏈路105可以包括一或多個MMF、一或多個FMF、一或多個SMF或其任意組合。

發送器系統110可以被配置為透過光通信鏈路105發送光信號。發送器系統110可以包括多工器120和可以使用一或多個光通信鏈路130耦合的一或多個發送器125。光通信鏈路130可以包括SMF、FMF、MMF、MCF或其任何組合。發送器125可以被配置為發射光信號，光信號包括以光波長（例如，光頻帶）工作並且被資訊調變的光能。在一些情況下，每個發送器125可以被配置為發射使用一或多個引導模態傳播的光信號。例如，每個發送器125-a、125-b等可以沿SMF向下發射光信號。發送器系統110可以是在中心局（CO）、前端、交換中心等處實現的系統的示例。在其他示例中，發送器系統110可以在消費者住所設備（CPE）或其他裝置處實現。

多工器120可以被配置為將幾個光信號多工到一或多個多模光信號中，多模光信號包括使用光纖的不同模態傳播的多個光模態。多工器120可以（例如，透過一條或多條光通信鏈路130）從發送器125接收一或多個光信號，並且可以在光通信鏈路105上輸出一或多個光信號。多工器120可以被配置為實施MDM技術，以將不同的光信號的第一模態轉換為不同的第二模態。

接收器系統115可以被配置為接收由光通信鏈路105傳送的光信號。接收器系統115可包括解多工器135和一或多個接收器140，其中一或多個接收器140可使用一或多個光通信鏈路145與解多工器135耦合。光通信鏈路145可以包括SMF、FMF、MMF、MCF或其任何組合。解多工器135可以被配置為接收沿著光通信鏈路105以不同模態傳播的一或多個光信號，並將光信號轉換成幾個單模光信號。在一些示例中，解多工器135可以接收由光通信鏈路105傳送的光信號，並且可以將一或多個光信號輸出到接收器140（例如，透過一或多個光通信鏈路145）。解多工器135可以被配置為實現MDM技術，以將不同的光信號的模態轉換成不同的模態。

接收器140可以被配置為接收光信號，光信號包括以光波長（例如，光頻帶）工作並且被資訊調變的光能。在一些情況下，每個接收器140可以被配置為接收使用一或多個引導模態傳播的光信號。例如，每個接收器140-a、140-b等可以從SMF接收光信號。在某些情況下，接收器系統115可以是在CO、前端、交換中心等處實現的系統的示例。在其他示例中，接收器系統115可以在CPE或類似裝置處實現。

光通信鏈路105、130和145可以是被稱為波導的廣泛種類的光組件的示例，其利用內反射（例如，全內反射）將光限制和引導在固體或液體結構內。一些光纖可以使用被稱為階躍折射率光纖的結構，結構可以具有由折射率高於周圍的包層的材料製成的內纖芯。在光纖中，存在一個臨界入射角，以使光將從纖芯/包層界面反射，而不是折射到周圍的介質中。為了使光纖內部發生全內反射，射入光纖的光的入射角必須小於給定的角度。

光纖可以支援不止一種引導模態。光在光纖中傳播透過的每個潛在路徑可以稱為光纖的引導模態。除其他因素外，光纖支援的模態數量可能取決於光纖的物理參數（例如，纖芯/包層區域、折射率和光的波長）。光纖類型的示例可以包括支援單一引導模態的SMF、支援第一數量的模態的FMF、和支援任何數量的模態的MMF。在多模光纖的一些示例中，低階模態可在空間上將光引導到更靠近光纖纖芯的位置（例如，更靠近光纖的中心軸），而高階模態可在空間上將光引導更遠離光纖的纖芯和光纖，且更靠近纖芯/包層界面。在一些示例中，光纖中的一或多個模態可以是包層模態的示例，其中光的強度分佈可以實質上填充包層區域和芯區域。在一些示例中，光纖中的一或多個模態可以是表現出與光纖呈螺旋結構的軌道角動量模態的示例。在一些示例中，光纖中的一或多個模態可以是諧振器模態的示例。

如本文所述，MDM涉及獲取以由一或多個MMF、一或多個FMF、一或多個SMF或其組合支援的不同空間模態傳播的光信號，並將那些光信號轉換為不同的空間模態。例如，模態多工器可以透過SMF接收複數個光信號，並且可以將光信號轉換為可以沿著單個MMF或FMF光纖進行通信的不同模態。在一些示例中，模態解多工器可以在單個MMF或FMF中接收在不同光模態上傳播的複數個光信號，並且可以將那些光信號轉換為沿著獨立SMF向下傳播的單模光信號。其他示例可以包括任何類型的FMF-FMF、FMF-MMF、MMF-FMF或MMF-MMF模態轉換。MDM的其他示例可以包括在任意數量的SMF、FMF或MMF與任意數量的光信號之間進行多工或解多工。

圖1B示出了根據本文所揭示的示例的支援模態多工器或解多工器的圖表160的示例，模態多工器或解多工器使用超材料來進行光纖通信。圖表160可以包括曲線圖165，曲線圖165示出了光纖的有效折射率（n_eff ）對於相同模態組內以及不同模態組之間的模態如何變化。光纖的有效折射率可以基於纖芯的折射率和包層的折射率。

圖表160還可包括光纖中不同模態的描繪。描繪170可以示出具有單模的光纖。描繪175可以示出具有兩種模態的光纖的不同模態配置。描繪180可以示出具有四個模態的光纖的不同模態配置。描繪185可以示出具有更高階模態的光纖的不同模態配置。光通信鏈路或光纖可以使用說明性模態，或者可以使用任何其他模態或模態配置來傳遞一或多個光信號，並且這樣的替代模態或模態配置在本揭示內容的範圍內。

MDM技術可用於短距離光通信系統（例如，用於資料中心內的連接）和遠端光通信系統（例如用於資料中心間的連接、大都市環境、海底環境（例如跨大陸光通信鏈結））。透過使用不同模態的多個光信號，可以有效地增加光通信鏈路105的通信容量。在這樣的MDM系統中，模態多工器（例如，多工器）或模態解多工器（例如，多工器）或兩者都可以用於執行MDM技術。例如，多工器120可以將來自不同輸入光纖的具有不同模態的光信號（例如，具有單模態的光信號的SMF）轉換成一個輸出光纖（例如，具有在不同光纖中以不同模態傳播的光信號的FMF或MMF），且解多工器135可以將具有多個不同模態的光信號從一個輸入光纖（例如，FMF或MMF）分離為不同的輸出光纖（例如，多個SMF）。

為了增加光通信系統的容量，已經考慮了透過利用光的各種特性（包括幅度、相位、波長和偏振）來實現多種多工和調變技術。空間被認為是光通信中的一維，可用於增加光通信系統的頻寬。在某些情況下，光通信系統可以使用空分復用（SDM）技術。實現SDM的第一種方法可以包括使用多芯光纖（耦合或非耦合）在嵌入同一包層的多個芯中承載光信號。在這樣的方法中，通信容量可以等於光纖的數量與每根光纖中的芯的數量相結合。在第二種方法中，FMF或MMF可以在光纖的不同模態下通信光信號，使得通信容量可以相關聯於（例如，等於）光纖的數量與每個光纖所傳輸的模態的數量的結合。

當使用SDM技術（包括MDM技術）時，光學系統可以實現復用/解多工技術以在不同類型的光纖、不同類型的模態、不同類型的空間配置或其任意組合之間轉換光信號。例如，多工器和解多工器可用於在SMF和FMF或MMF之間轉換光信號，或將FMF或MMF之間的信號轉換為不同的FMF或MMF。在某些情況下，模態多工器可以使用從SMF接收的光信號來激勵FMF中的特定光纖模態，而模態解多工器可以將FMF中的不同光纖模態分離為不同的SMF。

一些光學系統可以使用幾種技術中的一種或多種來執行MDM技術。可以實現MDM技術的裝置的示例可以包括基於自由空間光學系統、基於定向耦合器的裝置或光子燈籠（photonic lanterns）等等。

基於自由空間光學系統可以在自由空間設置中包括複數個光組件，例如透鏡、反射鏡、分束器或相位板。這樣的系統可能是笨重的，並且可能需要對準和結合一定數量的光組件，並且可能會基於組件的數量而呈現出高光損耗定標。

基於定向耦合器的裝置可以配置為透過控制相鄰波導或相鄰光纖之間的耦合來轉換模態。這樣的裝置通常對製程誤差是敏感的，並且可存取模態的數量可能受到空間的限制。

光子燈籠可以在一端包括多個SMF，在另一端包括FMF，並且在其間包括過渡部分。可存取模態的數量也可能受到空間的限制，並且由於這種裝置的製造困難，可能難以將此方法擴展為大量模態。

光學系統100可以支援用於使用一種或多種超材料執行模分多工或解多工的系統、設備和技術。在一些示例中，超材料可以是或可以包括超表面。具有超材料的裝置可以使用由光超材料致能的一或多個相位遮罩（例如，高解析度相位遮罩）來多工或解多工光信號的模態。裝置可以是堆疊設計的示例，其中兩個或更多個級的超材料彼此重疊。裝置可以是折疊設計的示例，折疊設計在超材料的不同級之間反射光信號。如本文進一步描述的，可以使用伴隨分析技術（例如伴隨優化技術）、波前匹配技術或其任意組合來設計裝置中的超材料級的相位輪廓。一些MDM技術使用的製造方法可能難以縮放（例如，定向耦合器或光子燈籠）或可能有損（例如，自由空間光學裝置）。相對的，可以使用單個光刻步驟有效地製造使用超材料的裝置，而不管要多工的模態數量如何。

模態多工和解多工是光通信系統中有用的功能。模態復用和解多工功能可以是這樣的功能的示例，其中可以將在一種或多種模態下在光纖中傳播的光轉換成具有一種或多種不同模態的光信號，每個信號隨後被包括在不同的輸出光纖中。

這樣的功能在廣泛的通信應用中可能是有用的，例如採用MDM的長距離通信網路、在下游（例如，從CO到CPE，例如在光纖到本端（FTTP）架構或其他網路架構）和上游傳輸（例如，FTTP網路架構中從CPE到CO）使用多個模態的存取網路、以及資料中心應用。每個應用可能包含不同的效能要求，從而導致模態多工和解多工功能具有不同的規格參數，例如要多工或解多工的多個模態，光效能規格（例如插入損耗、串擾、通道頻寬、通道間隔、其他或它們的任意組合）、環境條件、成本要求或密度要求。特定而言，在一些資料中心和某些存取應用中，與以較小的體積包含更多的光信號有關的密度要求變得越來越重要。

空間模態多工器或解多工器的實現可以基於自由空間光學裝置，其可以使用多平面光轉換方法。這種方法可以使用一系列相位板以及光傅里葉變換來修改光場的波前。自由空間光方法的一個優點是它可擴展到大量模態。自由空間光方法的一個缺點是它使用微光組件，包括准直透鏡、反射鏡和相位板，這可能需要精確的機械對準和這些組件的結合，從而增加了成本並限制了裝置的外形尺寸。自由空間光方法的另一個缺點是，當前裝置中使用的相位板可能具有相對較低的空間解析度（大約10 um），這可能導致實現模態多工所需的相位板數量相對較大，以及再次導致笨重的裝置。其他方法可以包括使用基於定向耦合器的裝置和光子裝置，其可以透過控制相鄰的波導和光子燈籠之間的耦合來轉換模態。這樣的裝置可能是笨重的，對製程錯誤敏感，難以按比例縮放到大量模態或它們的任何組合。

在一些示例中，諸如伺服器架構光纖之類的一些應用可以針對數百個光纖使用模態多工器或模態解多工器，並且具有小形狀因數的裝置因此可以在此類應用中變得有用。使用超材料執行MDM技術的多工器和解多工器，可表現出高度緊湊的形狀因數。這樣的尺寸差異可以使得超材料裝置能夠整合在光連接器中。

在一些示例中，與其他MDM設備相比，基於超材料的光學裝置的製造處理可以相對簡單。例如，商業空間光調變器（SLM）或多層二氧化矽基板可能需要迭代光刻和多層蝕刻以形成相位板。在某些情況下，可以使用單個光刻步驟或奈米壓印技術來製造超材料。相對於使用更複雜的製造技術的其他裝置，這種製造上的簡單性可以提高這種裝置的良率，並且可以降低這種裝置的成本。

在一些示例中，基於超材料的光學裝置可以被單片集成，並且超材料的單層（例如，可以分解成多個級）可以用於完成模態復用和解多工。這樣的特徵可以產生一種具有比其他裝置更小的佔地面積並且可以不使用複雜的封裝處理的裝置，從而進一步降低了製造和組裝成本。在一些情況下，基於超材料的光學裝置的唯一對齊用途，可能是用於對齊輸入光纖和輸出光纖。

與SLM和多層二氧化矽裝置相比，基於超材料的光學裝置的超材料可能具有較高的空間解析度（小於波長）。這樣的空間解析度可以允許基於超材料的光學裝置更好地控制波前，這意味著可以使用更少的相位板來實現類似的裝置效能，從而進一步減小尺寸，並潛在地減少由於較少反射而引起的光損耗。

在一些示例中，可以在折疊設計中使用使用反射原理的基於超材料的光學裝置，或者共振折疊設計可以表現出高的傳輸效率。在一些示例中，使用伴隨分析方法（例如，伴隨優化技術）的相位輪廓的設計可以允許額外的自由度來調節裝置的效能（例如，裝置的模態相關的損耗補償）。在一些示例中，超材料可以被配置為對偏振不敏感的，從而基於超材料的多工器/解多工器可不會干擾偏振多工。注意，本文描述的術語超材料和超表面，可以指的是基於材料本身的結構（例如，幾何形狀、佈置、尺寸、形狀、取向等）表現出性質的材料，其可以被配置用於各種目的、應用或技術。

圖1C示出了根據本文所揭示的示例的支援模態多工器或解多工器的解耦多纖芯光通信鏈路191的圖190的示例，模態多工器或解多工器使用超材料進行光纖通信。未耦合的多纖芯光通信鏈路191可以是如參照圖1A所描述的光通信鏈路105、130和145的示例。

MCF可能是在一個共同包層中包含多個纖芯的光纖的示例。MCF可以包括複數個SMF、複數個FMF、複數個MMF或其任意組合。例如，未耦合的多纖芯光通信鏈路191可以包括第一纖芯192-a、第二纖芯192-b，第三纖芯192-c和第四纖芯192-d、以及包層193，包層193位於每個纖芯192附近（例如靠近、鄰近、其間沒有一或多個材料、其間有一或多個材料）。未耦合的多纖芯光通信鏈路191的纖芯192可以是SMF、FMF、MMF或其任何組合的示例。對於情況，MCF可以包括具有單一類型的光纖（例如所有SMF），也可以包括不同類型的光纖（例如一個SMF和三個MMF）。使用MCF，可以設計纖芯的設計、纖芯的數量、纖芯佈局、外包層厚度（例如，外纖芯中心與包層-塗層界面之間的最小距離）、包層直徑或其任意組合，用於實現MCF的光和機械效能。理想的光纖設計可能因應用而異。MCF可以包括任意數量的纖芯（例如兩個、三個、四個、五個、六個、七個、八個、九個、十個、十一個、十二個等等）。

MCF可以是耦合的MCF或非耦合的MCF的示例。某些MCF可能會遇到與內纖芯間串擾或其他干擾有關的問題。未耦合的MCF可以是假定每個單獨的纖芯為獨立光路的MCF。耦合的MCF可以是其中一個纖芯被假定至少部分地依賴於另一纖芯的MCF。在一些示例中，未耦合的MCF中的至少一些纖芯之間的距離，可以大於耦合的MCF中的至少一些纖芯之間的距離。

未耦合的多纖芯光通信鏈路191可以是未耦合的MCF的示例。在某些情況下，不同纖芯192的參數可以相同。在其他示例中，複數個纖芯192中的至少一個纖芯192可以具有與其他纖芯不同的參數。纖芯192的參數的示例可以包括纖芯的直徑、纖芯的介電性質、纖芯192的介電性質和包層193的介電性質之間的相對差，從纖芯的中心到未耦合的多纖芯光通信鏈路191的中心的距離、纖芯的模率、折射率輪廓（例如Δn）或其組合。在一些示例中，每個纖芯192的直徑可以是大約8.2微米，纖芯192的折射率輪廓可以是大約0.35％（例如，Δn= 0.35％），並且纖芯中心到中心的距離可以是大約45微米。

第一圖190-a可以示出第一纖芯192-a中的光信號的強度分佈，其中其他纖芯（例如纖芯192-b、192-c和192-d）不傳遞光信號。第二圖190-b可以示出第二纖芯192-b中的光信號的強度分佈，其中其他纖芯（例如纖芯192-a、192-c和192-d）不傳遞光信號。第三圖190-c可以示出第三纖芯192-c中的光信號的強度分佈，其中其他纖芯（例如纖芯192-a、192-b和192-d）不傳遞光信號。第四圖190-d可以示出第四纖芯192-d中的光信號的強度分佈，其中其他纖芯（例如纖芯192-a、192-b和192-c）不傳遞光信號。

圖1D示出了根據本文揭示的示例的支援模態多工器或解多工器的耦合多纖芯光通信鏈路196的圖195的示例，模態多工器或解多工器使用超材料進行光纖通信。耦合的多纖芯光通信鏈路196可以是如參照圖1A所描述的光通信鏈路105、130和145的示例。

耦合的多纖芯光通信鏈路196可以包括第一纖芯197-a、第二纖芯197-b、第三纖芯197-c和第四纖芯197-d以及與每個纖芯197鄰近或接觸的包層198。耦合的多纖芯光通信鏈路196的纖芯197可以是SMF、FMF、MMF或其任何組合的示例。對於情況，MCF可以包括具有單一類型的光纖（例如所有SMF），也可以包括不同類型的光纖（例如一個SMF和三個MMF）。

耦合的多纖芯光通信鏈路196可以是耦合的MCF的示例。在某些情況下，不同纖芯197的參數可以相同。在其他示例中，複數個纖芯197中的至少一個纖芯197可以具有與其他纖芯不同的參數。纖芯197的參數的示例可以包括纖芯的直徑、纖芯的介電性質、纖芯197的介電性質和包層198的介電性質之間的相對差，從纖芯的中心到未耦合的多纖芯光通信鏈路196的中心的距離、纖芯的模率、折射率輪廓（例如Δn）或其組合。在一些示例中，每個纖芯197的直徑可以是大約8.2微米，纖芯197的折射率輪廓可以是大約0.35％（例如，Δn= 0.35％），並且纖芯中心到中心的距離可以是大約20微米。

圖195（例如第一圖195-a、第二圖195-b、第三圖195-c和第四圖195-d）可以示出不同纖芯197中的光信號的不同強度分佈。在第一圖195-a中，每個纖芯197中的分佈可以大致相同。在第二圖195-b中，第二纖芯197-b在中心可以具有強烈的分佈（例如0.9附近），第三纖芯197-b可以在中心具有強烈的分佈（例如，-0.9附近），第四纖芯197-d在中心可以具有中等分佈（例如，-0.5左右），而第一纖芯197-a可以在中心具有中等分佈（例如，大約0.5）。在第三圖195-c中，第四纖芯197-d在中心可以具有強烈的分佈（例如0.9附近），第一纖芯197-a可以在中心具有強烈的分佈（例如，-0.9附近），第三纖芯197-c在中心可以具有中等分佈（例如，-0.5左右），而第二纖芯197-b可以在中心具有中等分佈（例如，大約0.5）。在第四圖195-d中，第一纖芯197-a在中心可以具有強烈的分佈（例如-0.9附近），第二纖芯197-b可以在中心具有強烈的分佈（例如，0.9附近），第三纖芯197-c在中心可以具有強烈分佈（例如，0.9左右），而第四纖芯197-d可以在中心具有強烈分佈（例如，約-0.9）。

圖2A示出了根據本文所揭示的示例的光學裝置201的示例，光學裝置201可以形成使用超材料進行光纖通信的模態多工器或解多工器的至少一部分。光學裝置201可以是使用超材料的多工器/解多工器裝置的示例，如參照圖1A所述。在某些情況下，光學裝置201可以是模態多工器/解多工器裝置的示例。

光學裝置201可包括基板205和複數個超材料結構210。在某些情況下，光學裝置201還可包括包層（未示出）。在某些情況下，包層可以是包圍超材料的空氣或其他環境氣體。超材料（有時稱為超表面）可以是奈米光子結構，此奈米光子結構可以控制以相對較高的空間解析度（例如，次波長，取決於工作波長窗口，大約為數百奈米）穿過超材料的光的屬性（例如，光的相位或光的傳播方向）。在一些示例中，每個（或至少一些）超材料結構210可具有一或多個參數，這些參數影響隨著光穿過超材料結構210而如何改變光的性質。可以以圖案佈置超材料結構210的陣列（從而形成超材料級），以在光信號與超材料級相互作用時在光信號的性質中產生期望的移位。超材料的相位輪廓和奈米結構可以被配置為控制光的空間輪廓，因此可以用於光纖模態復用和解多工應用。高空間解析度和在超材料或單個超材料結構的單個階段中執行多種光功能的能力以及其他示例，可能導致可以單片集成在單個基板上的小型裝置。具有簡單的製造過程可以減少這種多工器或解多工器的總損耗和封裝複雜性。

在某些情況下，超材料可能是指一類材料，具有自然產生的材料中可能找不到的性質。光超材料可以小於光的波長，但是可能夠與光相互作用並影響光。透過超材料與光的相互作用的示例可以包括負折射、零折射率下的快速和慢速光傳播、陷波結構、平面透鏡、薄透鏡、完美透鏡或其任意組合。

個別超材料結構210可基於超材料結構210的一或多個性質來影響穿過超材料結構的光。可以影響光的超材料結構210的性質的示例，可以包括超材料結構的高度（例如，超材料結構210的遠離基板205延伸的尺寸）、超材料結構210的截面輪廓（例如，超材料的截面形狀）、超材料結構210的截面積、超材料結構210的體積、超材料結構210的直徑、超材料結構210的介電性質、超材料結構210的介電性質與基板205的介電性質之間的相對差、超材料結構210的介電性質與包層的介電性質之間的相對差，或它們的任意組合。在一些情況下，超材料結構210可以是多層超材料結構的示例，其中具有第一組參數的第一超材料結構堆疊在具有第二組參數的第二超材料結構210的頂部。多層超材料結構可以包括任何數量的超材料結構。在某些情況下，堆疊中不同的超材料結構可以具有不同的介電性質或其他性質。

圖2A中所示的超材料結構210示出了具有圓形、矩形和六邊形截面形狀、不同截面面積和不同高度的超材料結構的示例。這些說明性的超材料結構210僅是超材料結構的一些性質的示例。例如，在一些情況下，超材料結構210可以具有任何截面輪廓，例如圓形、三角形、正方形、矩形、五邊形、六邊形、其他幾何截面輪廓，其他形狀的截面輪廓或以上之任何組合。如圖2A所示，每個超材料結構210可對應於用於超材料結構級的一組單位單元的單位單元212。附加地或替代地，用於超材料結構級的一組單位單元的單位單元212可包括兩個或更多個超材料結構210。在一些示例中，超材料結構210可以具有一或多個相同的參數，並且可以是一或多個不同的參數。例如，在某些情況下，所有超材料結構210可以具有相同的截面形狀（例如，圓形），但是可以具有不同的截面形狀（例如，不同的尺寸、不同的直徑）。例如，在某些情況下，所有超材料結構210可以具有相同的高度（例如，相對於基板），但是可以具有不同的截面積（例如，不同的尺寸、不同的直徑）。在一些示例中，與超材料結構210的集合或子集有關的一或多個參數可以相同或可以不同。

基板205可以是形成用於光元件（例如超材料）、其他部件或其任意組合的支撐基板的材料的示例。在一些情況下，超材料結構210與基板205耦合。在一些情況下，基板205可以是光透射的，使得光信號可以穿過基板205。

每個單獨的超材料結構210可以相對較小。為了移位光信號的相位輪廓，可以將複數個超材料結構210佈置成圖案並且將其配置為移位光信號的相位輪廓。超材料結構210的陣列或圖案可被稱為超材料結構級。每個單獨的超材料結構210可以具有其自己的影響光的參數集。超材料級的整體相移輪廓，可以基於此級中每個單獨的超材料結構210的參數。在一些情況下，包層可以被定位成與超材料結構210、基板205或其任何組合接近或接觸。包層可以被配置為減輕與超材料結構210相互作用的光信號的損失，或者保護超材料結構210免受損壞，或其任何組合。在一些情況下，超材料結構210可以是反射超材料結構的示例，並且可以被配置為消色差或高度色散的。

每個超材料結構210被示出為單獨的獨立式結構。在一些示例中，超材料結構210中的至少一些或全部可以由單個較大區域形成。在這樣的示例中，單位單元可以指的是超材料的較大區域的單個可配置部分，可以對其進行更改以實現所需的相位輪廓。

圖2B示出了根據本文所揭示的示例的光學裝置202的示例，光學裝置202可以形成使用超材料進行光纖通信的模態多工器或解多工器的至少一部分。光學裝置202可以是使用超材料的多工器/解多工器裝置的示例，如參照圖1與2A所述。在某些情況下，光學裝置202可以是模態多工器/解多工器裝置的示例。

光學裝置202可包括基板205、複數個超材料結構210、圍繞超材料結構210的包層215以及反射器220。光學裝置202可以是使用反射設計的超材料級的示例。在這樣的設計中，光可以穿過超材料結構210，從反射器220反射，並且在被反射之後再次穿過超材料結構210。在這樣的設計中，超材料級的相位輪廓，可以基於由首先（例如，最初）穿過超材料結構210的光引起的相移和基於由穿過超材料結構210的反射光引起的相移兩者。參照圖2A描述基板205和超材料結構210的特徵，並且透過引用併入本文。

包層215可以是材料層。在一些情況下，包層215可以具有比超材料結構210低的折射率。在一些情況下，包層215可以被配置為減輕與超材料結構210相互作用的光信號的損失。在一些情況下，包層215可以被配置為保護超材料結構210免受損壞。

在一些示例中，包層215可以位於超材料結構210的表面225與反射器220之間。在這樣的示例中，可以在超材料結構210的表面225與反射器220的表面235之間形成距離230。距離230可以被配置為減輕穿過超材料結構210並且被反射器220反射的光信號的損失。在一些情況下，距離230可以是大約500奈米。在一些情況下，距離230可以在零奈米和幾微米之間（例如，一、二或三微米）。超材料結構210的表面225可以與與基板205接觸的超材料結構210的不同表面相對。

反射器220可以由一種或多種反射材料形成。反射材料的示例可以包括金或另一種金屬。在一些情況下，反射材料可以塗覆有另一種材料以幫助反射光。圖2B的光場被示為垂直於超材料結構210、基板205、包層215和/或反射器220。在一些示例中，光場可以以與超材料結構210、基板205、包層215和/或反射器220不垂直的角度到達和/或離開。

每個超材料結構210被示出為單獨的獨立式結構。在一些示例中，超材料結構210中的至少一些或全部可以由單個較大區域形成。在這樣的示例中，單位單元可以指的是超材料的較大區域的單個可配置部分，可以對其進行更改以實現所需的相位輪廓。

圖2C示出了根據本文所揭示的示例的支援模態多工器或解多工器的光學裝置的相位輪廓203的示例，模態多工器或解多工器使用超材料進行光纖通信。相位輪廓203的陰影可以示出由光學裝置（例如，光學裝置201或202）的不同部分引起的不同相移。如本文所述，相位輪廓203可以是透過波前匹配技術或伴隨分析（例如，伴隨優化）設計的相位輪廓的示例。

複數個超材料結構可以以圖案佈置並且被配置為移位光信號的相位輪廓。超材料結構的陣列或圖案可以稱為超材料結構級。級的超材料元件的每個超材料結構可以被配置為移位光信號的一部分的相位。在某些情況下，單個超材料結構可以被視為較大級超材料的單個像素（或單位單元）。在某些情況下，超材料結構的尺寸取決於操作波長窗口（例如，當工作波長為1550 nm時，單位單元尺寸可以為500 nm x 500 nm），可以在數百奈米的數量級上。由超材料級執行的總體相移，可以基於由超材料結構級的每個單獨的超材料結構執行的每個單獨的相移的組合。透過在超材料級中改變單個超材料結構的參數，可以將超材料級設計成具有不同的相輪廓。在一些示例中，光透射過基板以及超材料結構（例如，超材料柱），並且每個單位單元中的相變由結構的幾何形狀（例如，截面輪廓、截面面積、高度等）決定。在一些情況下，超材料結構可以具有各向異性的幾何形狀，各向異性的幾何形狀可以產生雙折射響應以在空間上控制光的偏振。在某些情況下，可以添加包層（使用透明材料）以封裝柱子並保護結構。

相位輪廓203是由超材料的一或多個級引起的相位輪廓的示例。基於形成超材料級的各種超材料結構的參數，超材料級可以具有不同的相位輪廓。在某些情況下，可以調整相位（或色散）的波長相關行為，以使超材料裝置可以是消色差的或色散相對較高的。此外，超材料結構可以設計成當光穿過柱並藉助一種或多種反射材料（例如金屬）反射回去時以反射模態工作。

根據操作波長窗口，可以為基板和超材料結構選擇不同的材料。例如，對於O波段（1260–1360 nm）、C波段（1530–1565 nm）或L波段（1565–1625 nm）窗口，晶體矽、非晶矽、氮化矽（Si₃ N₄ ）和硫族化物玻璃可以用於超材料結構。對於較短的波長窗口（例如850-940 nm），其他材料（例如氧化鈦（TiO₂ ）和氮化矽（Si₃ N₄ ））可以用於超材料結構。諸如玻璃或聚合物（例如，SU8）之類的透明材料可以用於基板和包層。

在某些情況下，可以使用不同的設計技術來設計超材料級的相位輪廓。設計技術的示例可以包括波前匹配、伴隨分析或其任意組合。

光纖中的模態多工和解多工可以透過利用一系列相板（例如，超材料級）以及自由空間傳播來修改光場的波前來實現。為了實現低損耗和串擾的模態多工或模態解多工，可以使用多級超材料（無論是堆疊設計還是折疊設計）。可以透過包括波前匹配方法、伴隨分析方法或其任意組合的各種方法，來設計用於模態多工或模態解多工的超材料的各級的相位輪廓。

在波前匹配方法中，可以將向前傳播的輸入場與向後傳播的目標場進行比較，以獲得超材料每個級的場差。差異可以透過材料相板的級的設計來補償，從而導致場的精確匹配。可以迭代地執行這樣的步驟以達成設計。基於使用波前匹配方法進行的分析，可以將超材料級設計成具有可以產生裝置的低損耗和低串擾效能的相位輪廓。

在伴隨分析方法（例如伴隨優化方法）中，可以將設計的品質因數（FOM）定義為每個單獨的輸入和輸出對的功率透過量。給定FOM，就可以計算出FOM關於每個設計參數的導數。在某些情況下，可以根據每個超材料結構處的傳播場來計算FOM的導數。給定導數，可以使用基於梯度的高效非線性增強例程（例如共軛梯度（CG）、牛頓CG、循序最小二乘編程（SLSQP）、Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno（BFGS）算法等）可用於搜索增強型相位輪廓。根據應用，可以有效地添加其他FOM（例如，當可以將其作為設計變量或字段變量的解析表達式編寫時）。例如，為了降低相位遮罩的複雜性，可以將與每對相鄰像素（或單元）之間的相位值的平均差相對應的FOM項添加到分析中。在其他示例中，代替增強所有通道的平均損耗，可以最小化所有通道中的最壞情況（最大）損耗，或者可以增強根據特定分佈（例如，通道頻寬）的損耗。

圖3示出了根據本文所揭示的示例的支援模態多工器或解多工器的光學裝置300的示例，模態多工器或解多工器使用超材料來進行光纖通信。光學裝置300可以使用彼此堆疊的光超材料結構和光基板來執行模態多工或模態解多工技術。光學裝置300可以是參考圖2A描述的光學裝置201的示例。圖3所示的可以是光學裝置300的截面圖。

光學裝置300可以包括被定位成與超材料的複數個級310接近或接觸的複數個基板305。超材料的每個級310可以包括複數個超材料結構。複數個基板305和複數個級310可以彼此堆疊。光學裝置300還可包括位於基板305的每一層與超材料級310之間的一或多個間隔墊315和一種或多種光透明的黏合劑（OCA）320。光學裝置300可以包括任意數量的超材料層，以執行模態多工或模態解多工技術。例如，光學裝置可以包括第一級310a、第二級310b、第三級310c或任何數量的級310-N。在這樣的示例中，光學裝置300可以包括任何數量的基板305、間隔墊315和OCA 320以支撐平台310。在一些示例中，基板305的數量可以與超材料級310的數量相同。可以基於光學裝置300的期望相位輪廓來決定層的數量。

基板305可以是被配置為支撐超材料級310的透光基板。基板305可具有一或多個定義結構的參數，例如高度（h ）。基板305可以是參考圖2A至圖2B描述的基板205的示例。在一些示例中，光學裝置300中的每個基板305可以具有相同的參數。附加地或替代地，基於光學裝置300的期望相位輪廓，一或多個基板305可以具有與光學裝置300中的其他基板不同的參數（例如，一或多個基板305的高度（h ）可以不同）。

超材料級310可以包括一或多個透射光的超材料結構，超材料結構被配置為使穿過超材料結構的光信號（例如，光）的相位輪廓移位。超材料的每個級310可以被定位成與至少一個基板305接近或接觸。級310的超材料結構可以是參考圖2A至圖2B描述的超材料結構210的示例。在其他示例中，超材料級310的超材料結構可具有一或多個定義超材料結構的參數，例如截面輪廓、截面面積或高度等等。在一些示例中，超材料的每個級310可以被設計為具有不同的相位輪廓，並且每個級310的組合的相位輪廓可以產生光學裝置300的整體相位輪廓。在一些示例中，基於光學裝置300的期望的相位輪廓，超材料的一或多個級310可以具有與光學裝置300中的超材料的其他級310不同的參數。在一些示例中，光學裝置300中的超材料的每個級310可以具有相同的參數。

間隔墊315可以位於兩個不同的基板305之間，並且可以被配置為在不同的基板305之間產生空間325。間隔墊315可以被定位成與第一基板305和第二基板305接近或接觸以產生空間325。可以將超材料級310放置在由間隔墊315創建的空間325中。間隔墊315可以具有一或多個定義結構的參數，例如高度。在一些示例中，光學裝置300中的每個間隔墊315可以具有相同的參數。在一些示例中，一或多個間隔墊315可以具有與光學裝置300中的其他間隔墊315不同的參數（例如，一或多個間隔墊315的高度可以是不同的）。任何數量的間隔墊315可以位於不同的基板之間。

OCA 320可以定位在由間隔墊315創建的空間325中。OCA 320可以是液體OCA或凝膠OCA或其任何組合的示例。OCA 320可以是光透射材料。OCA 320可以被配置為保護超材料級310。OCA 320可以被定位成使得超材料級310被定位成與基板305的表面接近或接觸，並且還被定位成與OCA 320接近或接觸。在這樣的示例中，OCA 320可以定位在超材料級310的一或多個表面與基板305的底表面之間。例如，OCA 320可以位於超材料的第二級310b的超材料結構的一或多個表面與基板305的底表面之間。在一些情況下，OCA 320可以是折射率匹配物質的示例，其中OCA 320的折射率可以類似於一種或多種周圍材料的折射率。

光學裝置300可以被配置為模態多工器。在一些情況下，光學裝置300可以被配置為模態解多工器。在這種情況下，光學裝置300的輸入和輸出可以顛倒。輸入光纖330可以被定位為與超材料的第一級310a相距第一距離（d₁ ），並且可以被配置為透過光學裝置300傳輸一或多個光信號。輸入光纖330可以是參考圖1A描述的光通信鏈路105、光通信鏈路130或光通信鏈路145的示例。輸出光纖335可以被定位成與光學裝置300的最後一層（例如，最後基板305）相距第二距離（d₂ ），並且可以被配置為接收從光學裝置300輸出的一或多個光信號。輸出光纖335可以是參考圖1A描述的光通信鏈路105、光通信鏈路130或光通信鏈路145的示例。在一些情況下，輸入光纖330、輸出光纖335或它們的任意組合可以是具有複數個光纖的光纖陣列的示例。在一些情況下，第一距離（d₁ ）可以與第二距離（d₂ ）相同。在某些情況下，第一距離（d₁ ）可以與第二距離（d₂ ）的大小不同。在某些情況下，輸入光纖330可以包括一或多個SMF，並且一或多個輸入信號可以是單模輸入信號。在其他示例中，輸入光纖330可以包括一或多個FMF或MMF，並且至少一個輸入信號可以是多模信號。附加地或替代地，輸出光纖335可以包括一或多個SMF，並且一或多個輸出信號可以是單模輸出信號。在其他示例中，輸出光纖335可以包括一或多個FMF或MMF，並且至少一個輸入信號可以是多模信號。在一些情況下，額外的間隔墊、額外的OCA或其組合可以位於輸入光纖330和超材料的第一級310-a之間。在一些情況下，額外的間隔墊、額外的OCA或其組合可以位於輸出光纖335與光學裝置300的最後一層（例如，最後基板305）之間。這樣的額外的間隔墊或額外的OCA可以被配置為減少背反射、保護超材料或在光纖和光學裝置之間提供間隔、或以上之任何組合。

在光學裝置300被配置為模態多工器的示例中，輸入光纖330可以是光纖陣列的示例，並且可以將具有不同模態或具有多個版本的相同模態的兩個或更多個光信號傳輸到光學裝置300中。兩個或更多個光信號可以穿過光學裝置300的超材料（和其他組件）的不同級310。在每個級310，兩個或更多個光信號的相位輪廓可以被移位或改變。透過不同的級310，光學裝置300可以將兩個或更多個光信號轉換成沿著FMF或MMF的不同模態傳播的不同光信號。輸出光纖335可以是單個輸出光纖的示例，並且可以被配置為接收沿著不同的引導模態傳播的光信號。

在將光學裝置300配置為模態解多工器的示例中，輸入光纖330可以是單根光纖的示例，並且可以將以不同模態傳播的光信號沿著單根光纖傳輸到光學設備300中。光信號可以穿過光學裝置300的超材料（和其他組件）的不同級310。在每個級310，可以移動或改變光信號的相位輪廓。透過不同的級310，光學裝置300可以將光信號轉換成具有不同模態的兩個或更多個不同的光信號（例如，複數個光信號沿著SMF傳播）。輸出光纖335可以是光纖陣列的示例，並且可以被配置為接收已經從原始光信號解多工的兩個或更多個光信號。

在某些情況下，光學裝置300可以用於SDM/MDM應用。光學裝置300可以使光的模態相干地成形，例如，從一種模態到另一種模態。在超材料的第一級中的光可以在許多方向上傳播，並且在傳播到超材料的第二級或在其上時可能會相互干擾。超材料的第二級可以沿多個方向傳播光，當光傳播到超材料的第三級或穿過第三級時，這些光可能會相互干擾。間隔墊315可以被配置為允許在超材料級310之間傳播的光彼此干涉。

圖4A至圖4E示出了根據本文所揭示的示例的支援模態多工器或解多工器的光學裝置的示例，模態多工器或解多工器使用超材料來進行光纖通信。圖4A至圖4E中所示的光學裝置可為使用反射表面在超材料的不同級之間傳遞光的光學裝置折疊設計的示例。圖4A至圖4E中所示的光學裝置可以是參照圖2B描述的光學裝置202的示例。圖4A至圖4E示出了用作模態多工器或模態解多工器的光學裝置的折疊設計的各種不同配置。本揭示內容不限於所說明的快速光學裝置配置。圖4A至圖4E中所示的任何光學裝置配置的任何特徵，都可以與圖4A至圖4E所示的任何光學裝置配置的任何其他特徵組合。首先參考圖4A描述光學裝置的各態樣，但在圖4B至圖4E省略了對它們的說明。在圖4A至圖4E中的光學裝置中，相似編號或相似實施的特徵可以類似地處理。圖4A至圖4E示出了具有四個超材料級的光學裝置。然而，圖4A至圖4E的光學裝置可以配置成任何數量的超材料級（例如，一個級、兩個級、三個級、四個級、五個級、六個級、七個級、八個級、九個級等等）。在圖4A至圖4E中圖示的圖可以是光學裝置的截面圖。

圖4A示出了根據本文所揭示的示例的支援模態多工器或解多工器的光學裝置401的示例，模態多工器或解多工器使用超材料來進行光纖通信。光學裝置401可以以折疊設計使用光透射超材料結構、光透射基板和反射器，以執行模態多工或模態解多工技術。光學裝置401可以是參考圖2B描述的光學裝置202的示例。

光學裝置401可包括鄰近超材料的複數個級410或與之接觸的基板405、第一反射器415和第二反射器420。超材料的每個級410可以包括複數個超材料結構。基板405、複數個級410、第一反射器415和第二反射器420可示出折疊設計，其中光在兩個反射器415和420之間反彈，並基於跟隨反射路徑的光與超材料級410相互作用。光學裝置401可以包括任意數量的超材料級410，以執行模態多工或模態解多工技術。例如，光學裝置可以包括第一級410-a、第二級410-b、第三級410-c或任何數量的級410-N。

基板405可以是被配置為支撐超材料級410的透光基板。基板405可具有一或多個定義結構的參數，例如高度或截面積。基板405可以是參考圖2A至圖2B描述的基板205的示例。

超材料級410可以包括一或多個透射光的超材料結構，超材料結構被配置為使穿過超材料結構的光信號（例如，光）的相位輪廓移位。超材料的每個級410可以被定位成與至少一個基板405接近或接觸。級410的超材料結構可以是參考圖2A至圖2B描述的超材料結構210的示例。在其他示例中，超材料級410的超材料結構可具有一或多個定義超材料結構的參數，例如截面輪廓、截面面積或高度。在一些示例中，超材料的每個級410可以被設計為具有不同的相位輪廓，並且每個級410的組合的相位輪廓可以產生光學裝置401的整體相位輪廓。在一些示例中，基於光學裝置401的期望的相位輪廓，超材料的一或多個級410可以具有與光學裝置401中的超材料的其他級410不同的參數。在一些示例中，光學裝置401中的超材料的每個級410可以具有相同的參數。

第一反射器415可以與基板405連接。第一反射器415可以被配置為沿著光路徑反射光學裝置401中的光信號，並且反射至超材料的後續級410、第二反射器420或其任何組合。在一些情況下，第一反射器415可以由反射材料形成，反射材料具有相對較大的反射光的性質，例如金。在一些情況下，第一反射器415可以由反射材料形成，反射材料具有相對較大的反射光的性質，例如金。

第二反射器420可以位於超材料級410附近或鄰近。第二反射器420可以被配置為沿著光路徑反射光學裝置401中的光信號，並且反射至超材料的後續級410、第一反射器415或其任何組合。在一些情況下，第二反射器420可以由反射材料形成，反射材料具有相對較大的反射光的性質，例如金。在一些情況下，第二反射器420可以由反射材料形成，反射材料具有相對較大的反射光的性質，例如金。

在一些實例中，光學裝置401可包含包層425，包層425可經配置以保護級410的超材料結構免於損壞，減輕與超材料結構相互作用的光信號的損失或其任何組合。在一些情況下，包層425可以被定位在超材料結構的表面和與超材料級410相鄰的第二反射器420之間。在這樣的情況下，可以在超材料結構的表面和第二反射器420的表面之間形成距離（例如，參照圖2B描述的距離230）。靠近第二反射器420的超材料結構的表面可以相對於與基板405接觸的超材料結構的不同表面。

第一反射器415、第二反射器420和超材料級410可以被配置為沿著光學裝置401中的期望的光路徑引導光信號。在一些情況下，第一反射器415和第二反射器420的一或多個位置可以被配置為沿不同方向重定向光。例如，光信號可以以與反射器的平面近似正交的角度撞擊反射器，並且反射器可以被配置為沿不同方向引導光信號。在一些示例中，超材料級410可以被配置為改變光信號的方向。在一些情況下，第一反射器415、第二反射器420或超材料的至少一個級410或它們的任何組合，可以被配置為改變光信號的傳播方向。

光學裝置401可包括用於將輸入光信號接收到光學裝置401中的輸入孔430，或用於從光學裝置401輸出輸出光信號的輸出孔435，或以上兩者。在說明性示例中，光學裝置401、輸入孔430和輸出孔435由第一反射器415形成。第一反射器415的一或多個側壁440可以形成輸入孔430。同樣的，第一反射器415的一或多個側壁445可以形成輸出孔435。在一些示例中，第一反射器415可以形成一個孔（例如，輸入孔430或輸出孔435），第二反射器420可以形成另一個孔（例如，輸入孔430或輸出孔435）。

光學裝置401可以被配置為模態多工器。在一些情況下，光學裝置401可以被配置為模態解多工器。在這種情況下，光學裝置401的輸入和輸出可以顛倒。輸入光纖450可以被定位成與輸入孔430相距第一距離，並且可以被配置為將一或多個光信號傳輸到光學裝置401中。輸入光纖450可以是參考圖1A描述的光通信鏈路105或一或多個光通信鏈路130的示例。輸出光纖455可以被定位成與光學裝置401的輸出孔435相距第二距離，並且可以被配置為接收從光學裝置401輸出的一或多個光信號。輸出光纖455可以是參考圖1A描述的光通信鏈路105的示例。在一些情況下，輸入光纖450、輸出光纖455或它們的任意組合可以是具有複數個光纖的光纖陣列的示例。在某些情況下，第一距離可以與第二距離相同。在某些情況下，第一距離的大小可以不同於第二距離的大小。在某些情況下，可以在輸入光纖450和光學裝置401之間放置額外隔離物、額外OCA或它們的組合。在某些情況下，可以在輸出光纖455和光學裝置401之間放置額外隔離物、額外OCA或它們的組合。這樣的額外的間隔墊或額外的OCA可以被配置為減少背反射、保護超材料或在光纖和光學裝置之間提供間隔、或以上之任何組合。

在光學裝置401被配置為模態多工器的示例中，輸入光纖450可以是光纖陣列的示例，並且可以將具有不同模態或具有多個版本的相同模態的兩個或更多個光信號傳輸到光學裝置401中。兩個或更多個光信號可以被第一反射器415和第二反射器420反射透過光學裝置401，並且可以穿過光學裝置401的超材料（和其他組件）的不同級410。在每個級410，兩個或更多個光信號的相位輪廓可以被移位或改變。透過不同的級410，光學裝置401可以將兩個或更多個光信號轉換成沿著FMF或MMF的不同模態傳播的不同光信號。輸出光纖455可以是單個輸出光纖的示例，並且可以被配置為接收沿著不同的引導模態傳播的光信號。在某些情況下，輸入光纖450可以包括一或多個SMF，並且一或多個輸入信號可以是單模輸入信號。在其他示例中，輸入光纖450可以包括一或多個FMF或MMF，並且至少一個輸入信號可以是多模信號。附加地或替代地，輸出光纖455可以包括一或多個SMF，並且一或多個輸出信號可以是單模輸出信號。在其他示例中，輸出光纖455可以包括一或多個FMF或MMF，並且至少一個輸入信號可以是多模信號。

在將光學裝置401配置為模態解多工器的示例中，輸入光纖450可以是單根光纖的示例，並且可以將以不同模態傳播的光信號沿著單根光纖傳輸到光學設備401中。光信號可以被第一反射器415和第二反射器420反射透過光學裝置401，並且可以穿過光學裝置401的超材料（和其他組件）的不同級410。在每個級410，可以移動或改變光信號的相位輪廓。透過不同的級410，光學裝置401可以將光信號轉換成具有不同模態的兩個或更多個不同的光信號（例如，複數個光信號沿著SMF傳播）。輸出光纖455可以是光纖陣列的示例，並且可以被配置為接收已經從原始光信號解多工的兩個或更多個光信號。

在某些情況下，光學裝置401可以用於SDM/MDM應用。光學裝置401可以使光的模態相干地成形，從一種模態到另一種模態。在超材料的第一級中的光可以在許多方向上傳播，並且在傳播到超材料的第二級或在其上時可能會干擾。超材料的第二級可以沿多個方向傳播光，當光傳播到超材料的第三級或在其上時，這些光可能會干擾。

圖4B示出了根據本文所揭示的示例的支援模態多工器或解多工器的光學裝置402的示例，模態多工器或解多工器使用超材料來進行光纖通信。光學裝置402可以以折疊設計使用光透射超材料結構、光透射基板和反射器，以執行模態多工或模態解多工技術。光學裝置402可以是參考圖2B與圖4A描述的光學裝置202與401的示例。光學裝置402可以被類似地體現為光學裝置401，並且相似地被編號和命名的元件可以被相似地體現。

光學裝置402可包括與參考圖4A描述的光學裝置401不同的一些特徵。例如，可以透過一或多個側壁440在第二反射器420中形成輸入孔430，並且透過一或多個側壁445在第一反射器415中繼續形成輸出孔435。輸入的光信號可以在穿過基板405之前穿過超材料的第一級410a。在這種情況下，輸入孔430可以位於第二反射器420中，第二反射器420位於超材料級410附近。另外，輸入信號可以相對於輸入孔430的平面或超材料的第一級410-a的平面以近似正交的角度傳輸。超材料的第一級410-a可以被配置為改變光信號的傳播方向。超材料的最後級410-N也可以被配置為改變光信號的傳播方向。在一些情況下，第二反射器420、超材料的最後級410-N或其任何組合，可以被配置成改變光信號的傳播方向。在一些情況下，超材料的第一級410-a可以是超材料的透射級的示例，而超材料的後續級410可以是超材料的反射級的示例。

圖4C示出了根據本文所揭示的示例的支援模態多工器或解多工器的光學裝置403的示例，模態多工器或解多工器使用超材料來進行光纖通信。光學裝置403可以以折疊設計使用光透射超材料結構、光透射基板和反射器，以執行模態多工或模態解多工技術。光學裝置403可以是參考圖2B與圖4A至圖4B描述的光學裝置202、401與402的示例。光學裝置403可以被類似地體現為光學裝置401，並且相似地被編號和命名的元件可以被相似地體現。

光學裝置403可包括與參考圖4A描述的光學裝置401不同的一些特徵。可以透過一或多個側壁440在第二反射器420中形成輸入孔430，並且透過一或多個側壁445在第一反射器415中繼續形成輸出孔435。輸入的光信號可以在穿過基板405之前穿過包層425（不具有任何超材料級）。在這種情況下，輸入孔430可以位於第二反射器420中，第二反射器420位於超材料級410附近。輸入信號可以被配置為以一角度傳輸進入光學裝置403，此角度不正交於由輸入孔430限定的平面、由反射器415、420限定的平面、由包層425限定的平面、由超材料級410定義的平面、或由基板405定義的平面或其任何組合。非正交角可以被配置為使光信號沿著到超材料的連續級410的光路徑在反射器415、420之間反射。超材料的最後級410-N也可以被配置為改變光信號的傳播方向。在一些情況下，第二反射器420、超材料的最後級410-N或其任何組合，可以被配置成改變光信號的傳播方向。

圖4D示出了根據本文所揭示的示例的支援模態多工器或解多工器的光學裝置406的示例，模態多工器或解多工器使用超材料來進行光纖通信。光學裝置406可以以折疊設計使用光透射超材料結構、光透射基板和反射器，以執行模態多工或模態解多工技術。光學裝置406可以是參考圖2B與圖4A至圖4C描述的光學裝置202、401、402與403的示例。光學裝置406可以被類似地體現為光學裝置401，並且相似地被編號和命名的元件可以被相似地體現。

光學裝置406可包括與參考圖4A描述的光學裝置401不同的一些特徵。例如，超材料級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（與光學裝置401相比）。可以透過一或多個側壁440在第二反射器420中形成輸入孔430，並且透過一或多個側壁445在第一反射器415中繼續形成輸出孔435。輸入孔430位於第二反射器420中，第二反射器420位於與超材料級410相對的基板405的相對側上。輸入信號可以一角度傳輸進入光學裝置403，此角度不正交於由輸入孔430限定的平面、由反射器415、420限定的平面、由包層425限定的平面、由超材料級410定義的平面、或由基板405定義的平面或其任何組合。非正交角可以被配置為使光信號沿著到超材料的連續級410的光路徑在反射器415、420之間反射。輸出信號可以一角度傳輸出輸出孔435，此角度不正交於由輸入孔430限定的平面、由反射器415、420限定的平面、由包層425限定的平面、由超材料級410定義的平面、或由基板405定義的平面或其任何組合。

圖4E示出了根據本文所揭示的示例的支援模態多工器或解多工器的光學裝置407的示例，模態多工器或解多工器使用超材料來進行光纖通信。光學裝置407可以以折疊設計使用光透射超材料結構、光透射基板和反射器，以執行模態多工或模態解多工技術。光學裝置407可以是參考圖2B與圖4A至圖4D描述的光學裝置202、401、402、403與406的示例。光學裝置407可以被類似地體現為光學裝置401，並且相似地被編號和命名的元件可以被相似地體現。

光學裝置407可包括與參考圖4A描述的光學裝置401不同的一些特徵。光學裝置407可包括位於第一反射器415和第二反射器420附近的超材料級410。例如，超材料的第一級410-a可鄰近第一反射器415定位，超材料的第二級410-b可鄰近第二反射器420定位。光學裝置407還包括第二包層425-a，以保護位於第一反射器415附近的超材料級410。在光學裝置407中，超材料級410可以位於光學裝置407中光路徑的每個反射點處。在一些示例中，光學裝置407中的至少一個反射點可以不與超材料級關聯。在這樣的示例中，光信號可以被反射器415或420之一至少反射一次，而不穿過超材料級410。

可以透過一或多個側壁440在第二反射器420中形成輸入孔430，並且透過一或多個側壁445在第一反射器415中繼續形成輸出孔435。輸入的光信號可以在穿過基板405之前穿過包層425（不具有任何超材料級）。在這種情況下，輸入孔430可以位於第二反射器420中，第二反射器420位於超材料級410附近。在一些示例中，超材料級410可以被定位在包層425中的輸入孔430正下方。附加地或可替代地，在一些示例中，可以將超材料級定位在包層425-a中，恰好在輸出孔435上方。超材料的第一級410-a和超材料的最後級410-N還可被配置為改變光信號的傳播方向。在一些情況下，第一反射器415、超材料的第一級410-a或它們的任何組合可以被配置為改變光信號的傳播方向。在一些情況下，第二反射器420、超材料的最後級410-N或其任何組合，可以被配置成改變光信號的傳播方向。

在一些示例中，光學裝置401、402、403、406或407可以被配置為諧振折疊設計的示例。在這樣的設計中，光學裝置的總體結構類似於折疊設計的設計。折疊設計和諧振折疊設計之間的差異，可以包括超材料級的相位輪廓的設計。例如，在堆疊設計和折疊設計中，光與超材料的各個級相互作用的次數可能都是固定的。然而，在諧振折疊設計中，光可能與超材料的各個級互動相對大量的次數（例如，成百上千次），或者實質上是不定量或無限次的互動。在諧振折疊設計中，基板405的頂表面和基板405的底表面可以形成法布里-珀羅（Fabry-Perot）腔，而具有一或多個特定相位輪廓的超材料級410位於這些表面附近。在這樣的示例中，與其中超材料的單個級與光互動一次的設計相比，超材料的單個級410與光互動更強。

為了找到適合諧振結構的相位輪廓，可以使用迭代求解器（例如共軛梯度（CG）、共軛梯度平方（CGS）、廣義最小殘差迭代（GMRES）、寬鬆的GMRES（LGMRES）等）來求解在固定條件下的超材料內的電場。可以執行與上述分析相似的伴隨分析，以計算相對於相位輪廓的品質因數的導數，並且可以使用非線性增強來收斂設計。

圖5A至圖5F示出了根據本文所揭示的示例的用於製造光學裝置的方法的示例，光學裝置支援使用超材料進行光纖通信的模態多工器或解多工器。圖5A-5F之每一者示出了較大的光學裝置的切除部分的透視圖。每個圖中的切除部分已被限制以示出光學裝置的各個態樣是如何形成的，但是考慮了支援使用超材料進行光纖通信的模態多工器或解多工器的附加結構和功能。本文描述的操作可以用於形成參照圖2A至圖4E描述的任何光學裝置。本文描述的操作可以用於形成參照圖2A至圖4E描述的任何光學裝置。方法可以是自頂向下的方法來形成光學裝置。

圖5A示出了根據本文所揭示的示例的用於製造光學裝置的方法的第一操作的示例，光學裝置支援使用超材料進行光纖通信的模態多工器或解多工器。第一操作可能不是光學裝置製造過程中的第一步，而是圖5A至圖5F中描述的第一操作。圖5A示出了光學裝置501，光學裝置501包括基板510和超材料層515。光學裝置501是在製造過程中的第一操作完成之後出現的裝置。

第一操作可以包括形成基板510（例如，透過一或多個沉積步驟和/或一或多個蝕刻步驟）。基板510可以是參考圖2A至圖4E描述的基板205、305和405的示例。在某些情況下，基板510可以由玻璃或融合石英形成。在一些示例中，可以生長而不是沉積基板510。沉積和生長的用詞可以在本文互換使用。

另外，作為第一操作的一部分，可以將超材料層515沉積在基板510上。在一些情況下，超材料層515可以是用於在完成的光學裝置中形成超材料結構的超材料的示例。超材料層515可以是參考圖2A至圖4E描述的超材料結構或超材料級的示例。

圖5B示出了根據本文所揭示的示例的用於製造光學裝置的方法的第二操作的示例，光學裝置支援使用超材料進行光纖通信的模態多工器或解多工器。第二操作在參考圖5A描述的第一操作之後發生。在某些情況下，在第一操作和第二操作之間可以發生其他步驟或操作。圖5B示出了光學裝置502，光學裝置502包括基板510、超材料層515和抗蝕劑層520。光學裝置502是在製造過程中的第二操作完成之後出現的裝置。

在第二操作中，將抗蝕劑層520沉積或塗覆在超材料515的層上。在一些情況下，抗蝕劑層520可以是硬遮罩材料或犧牲層或其任何組合的示例。

圖5C示出了根據本文所揭示的示例的用於製造光學裝置的方法的第三操作的示例，光學裝置支援使用超材料進行光纖通信的模態多工器或解多工器。第三操作在參考圖5B描述的第二操作之後發生。在某些情況下，在第二操作和第三操作之間可以發生其他步驟或操作。圖5C示出了光學裝置503，光學裝置503包括基板510、超材料層515和由抗蝕劑層520形成的複數個硬遮罩525。光學裝置503是在製造過程中的第三操作完成之後出現的裝置。

在第三操作中，去除抗蝕劑層520的一部分以形成複數個硬遮罩525。複數個硬遮罩中的每個硬遮罩525包括一或多個參數（例如截面輪廓、截面積或高度），其被配置為控制由複數個硬遮罩525產生的超材料結構的參數。可以使用一種或多種蝕刻處理、電子束光刻、光刻、奈米壓印或其任何組合來形成複數個硬遮罩525。

圖5D示出了根據本文所揭示的示例的用於製造光學裝置的方法的第四操作的示例，光學裝置支援使用超材料進行光纖通信的模態多工器或解多工器。第四操作在參考圖5C描述的第三操作之後發生。在某些情況下，在第三操作和第四操作之間可以發生其他步驟或操作。圖5D示出了光學裝置504，光學裝置504包括基板510和由超材料515的層形成的複數個超材料結構530，並且基於複數個硬遮罩525的參數形成。光學裝置504是在製造過程中的第四操作完成之後出現的裝置。

在第四操作中，去除超材料層515和複數個硬遮罩525的部分以形成複數個超材料結構530。在某些情況下，可以蝕刻抗蝕劑層的圖案。複數個超材料結構中的每個超材料結構530包括一或多個參數（例如，截面輪廓、截面積或高度），這些參數基於最初位於超材料結構上方的硬遮罩的參數而配置。可以使用一種或多種蝕刻處理、電子束光刻、光刻、奈米壓印或其任何組合來形成複數個超材料結構530。在某些情況下，上面列出的處理中的一個處理可以用作第四操作的一部分。在某些情況下，上面列出的處理中的兩個或更多個處理可以用作第四操作的一部分。

圖5E示出了根據本文所揭示的示例的用於製造光學裝置的方法的第五操作的示例，光學裝置支援使用超材料進行光纖通信的模態多工器或解多工器。第五操作在參考圖5D描述的第四操作之後發生。在某些情況下，在第四操作和第五操作之間可以發生其他步驟或操作。圖5E示出了光學裝置505，光學裝置505包括基板510、複數個超材料結構530和包層535。光學裝置505是在製造過程中的第五操作完成之後出現的裝置。

在第五操作中，在基板510和複數個超材料結構530上沉積包層535。包層535可以是參考圖2A和4A-4E描述的包層215或包層425的示例。包層535可以被配置為保護超材料結構530免受損壞、減輕與超材料結構互動的光信號的損失、或其任何組合。

圖5F示出了根據本文所揭示的示例的用於製造光學裝置的方法的第六操作的示例，光學裝置支援使用超材料進行光纖通信的模態多工器或解多工器。第六操作在參考圖5D描述的第五操作之後發生。在某些情況下，在第五操作和第六操作之間可以發生其他步驟或操作。圖5F示出了光學裝置506，光學裝置506包括基板510、複數個超材料結構530、包層535和反射器540。光學裝置506是在製造過程中的第六操作完成之後出現的裝置。

在第六操作中，沉積材料以形成反射器540。在某些情況下，此材料是反射材料（例如，諸如金的金屬）。在一些情況下，此材料塗覆有反射材料（例如，諸如金的金屬）以形成反射器540。反射器540可以形成為定位成靠近包層535或與包層535接觸。在某些情況下，包層535位於超材料結構530和反射器540之間。反射器540可以是參考圖2B和圖4A-4E描述的反射器220、415和420的示例。在一些情況下，光學裝置506可以代表參考圖2A至圖4E描述的完整的記憶體裝置的一部分。

在自頂向下的製造光學裝置的方法中，用於超材料結構的材料被放置在基板510上，如圖5A中所描述，透過諸如晶片鍵合和/或薄膜沉積處理的處理，諸如電漿增強化學氣相沉積（PECVD）、低壓化學氣相沉積（LPCVD）、原子層沉積（ALD）、熱蒸發、電子束蒸發、濺射等等。用於圖案化結構的技術（例如圖5B和5C）可以是光刻方法，例如電子束光刻、光刻、奈米壓印光刻或其任何組合。諸如自組裝的其他技術也可以用於圖案化裝置。取決於為裝置選擇的技術和材料，可以採用不同的抗蝕劑和蝕刻技術以將圖案轉移到超材料層，如圖5D所示（例如，此技術可以是乾式蝕刻技術，例如反應性離子蝕刻、感應耦合電漿蝕刻或離子銑削、或其任意組合）。在一些情況下，可以在薄膜層的頂部（例如超材料515）上添加另一層其他材料，以在蝕刻處理中用作硬遮罩，而不是使用抗蝕劑作為蝕刻遮罩。取決於設計，可以添加包層以保護或支撐此結構，可以使用本文所述的塗覆技術（例如旋塗）或沉積技術（例如如圖5E所示）來添加包層。可以使用本文所述的沉積技術（例如圖5F所示）將反射器（例如，金屬）層添加到包層的頂部。

圖6A至圖6F示出了根據本文所揭示的示例的用於製造光學裝置的方法的示例，光學裝置支援使用超材料進行光纖通信的模態多工器或解多工器。圖6A至6F之每一者示出了較大的光學裝置的切除部分的透視圖。每個圖中的切除部分已被限制以示出光學裝置的各個態樣是如何形成的，但是考慮了支援使用超材料進行光纖通信的模態多工器或解多工器的附加結構和功能。本文描述的操作可以用於形成參照圖2A至圖4E描述的任何光學裝置。本文描述的操作可以用於形成參照圖2A至圖4E描述的任何光學裝置。方法可以是形成光學裝置的自下而上的方法。

圖6A示出了根據本文所揭示的示例的用於製造光學裝置的方法的第一操作的示例，光學裝置支援使用超材料進行光纖通信的模態多工器或解多工器。第一操作可能不是光學裝置製造過程中的第一步，而是圖6A至圖6F中描述的第一操作。圖6A示出了光學裝置601，光學裝置601包括基板610和抗蝕劑層615。光學裝置601是在製造過程中的第一操作完成之後出現的裝置。

第一操作可以包括形成基板610（例如，透過一或多個沉積步驟和/或一或多個蝕刻步驟）。基板610可以是參考圖2A至圖4E描述的基板205、305和405的示例。在一些示例中，可以生長而不是沉積基板610（例如，使用切克勞斯基處理）。沉積和生長的用詞可以在本文互換使用。

另外，作為第一操作的一部分，可以在基板610上沉積或塗覆抗蝕劑層615。在一些情況下，抗蝕劑層615可以是硬遮罩材料或犧牲層或其任何組合的示例。

圖6B示出了根據本文所揭示的示例的用於製造光學裝置的方法的第二操作的示例，光學裝置支援使用超材料進行光纖通信的模態多工器或解多工器。第二操作在參考圖6A描述的第一操作之後發生。在某些情況下，在第一操作和第二操作之間可以發生其他步驟或操作。圖6B示出了光學裝置602，光學裝置602包括基板610、抗蝕劑層615以及形成在抗蝕劑層615中的複數個腔620。光學裝置602是在製造過程中的第二操作完成之後出現的裝置。

在第二操作中，去除抗蝕劑層615的一部分以形成複數個腔620。在一些情況下，可以蝕刻抗蝕劑層615的圖案。複數個腔620中的每個腔620可以包括一或多個參數（例如，截面輪廓、截面積或高度），其被配置為控制由複數個腔620產生的超材料結構的參數。可以使用一種或多種蝕刻處理、電子束光刻、光刻、奈米壓印或其任何組合來形成複數個腔620。

圖6C示出了根據本文所揭示的示例的用於製造光學裝置的方法的第三操作的示例，光學裝置支援使用超材料進行光纖通信的模態多工器或解多工器。第三操作在參考圖6B描述的第二操作之後發生。在某些情況下，在第二操作和第三操作之間可以發生其他步驟或操作。圖6C示出了光學裝置603，光學裝置603包括基板610、抗蝕劑層615和超材料層625。光學裝置603是在製造過程中的第三操作完成之後出現的裝置。

在第三操作中，可以將超材料層625沉積在抗蝕劑層615上以及形成在抗蝕劑層615中的複數個腔620中。在一些情況下，超材料層625可以是用於在完成的光學裝置中形成超材料結構的超材料的示例。超材料層625可以是參考圖2A至圖4E描述的超材料結構或超材料級的示例。在一些情況下，超材料層625在沉積之後還可包括複數個腔。在這種情況下，沉積膜的厚度在整個裝置上可以是均勻的。在這樣的情況下，填充複數個腔620的超材料層625的材料，可以在超材料層625中在其上方留下類似的腔。

圖6D示出了根據本文所揭示的示例的用於製造光學裝置的方法的第四操作的示例，光學裝置支援使用超材料進行光纖通信的模態多工器或解多工器。第四操作在參考圖6C描述的第三操作之後發生。在某些情況下，在第三操作和第四操作之間可以發生其他步驟或操作。圖6D示出了光學裝置604，光學裝置604包括基板610和由超材料層625形成的複數個超材料結構630，並且是基於複數個腔620的參數形成的。光學裝置604是在製造過程中的第四操作完成之後出現的裝置。

在第四操作中，去除超材料層625的部分和抗蝕劑層615的其餘部分，以形成（或暴露）複數個超材料結構630。複數個超材料結構中的每個超材料結構630包括一或多個參數（例如，截面輪廓、截面積或高度），這些參數基於將超材料層625沉積到其中的腔的參數而配置。在一些情況下，可以將一種或多種化學物質施加到光學裝置604上，以去除剩餘的抗蝕劑層和在剩餘的抗蝕劑層之上的超材料。在某些情況下，此過程可以稱為提離（lift-off）。可以使用一種或多種蝕刻處理、電子束光刻、光刻、奈米壓印或提離處理或其任意組合來形成複數個超材料結構630。在某些情況下，上面列出的處理中的一個處理可以用作第四操作的一部分。在某些情況下，上面列出的處理中的兩個或更多個處理可以用作第四操作的一部分。

圖6E示出了根據本文所揭示的示例的用於製造光學裝置的方法的第五操作的示例，光學裝置支援使用超材料進行光纖通信的模態多工器或解多工器。第五操作在參考圖6D描述的第四操作之後發生。在某些情況下，在第四操作和第五操作之間可以發生其他步驟或操作。圖6E示出了光學裝置605，光學裝置605包括基板610、複數個超材料結構630和包層635。光學裝置605是在製造過程中的第五操作完成之後出現的裝置。

在第五操作中，在基板610和複數個超材料結構630上沉積包層635。包層635可以是參考圖2A和4A-4E描述的包層215或包層425的示例。包層635可以被配置為保護超材料結構630免受損壞、減輕與超材料結構互動的光信號的損失、或其任何組合。

圖6F示出了根據本文所揭示的示例的用於製造光學裝置的方法的第六操作的示例，光學裝置支援使用超材料進行光纖通信的模態多工器或解多工器。第六操作在參考圖6E描述的第五操作之後發生。在某些情況下，在第五操作和第六操作之間可以發生其他步驟或操作。圖6F示出了光學裝置606，光學裝置606包括基板610、複數個超材料結構630、包層635和反射器640。光學裝置606是在製造過程中的第六操作完成之後出現的裝置。

在第六操作中，沉積材料以形成反射器640。在某些情況下，此材料是反射材料（例如，諸如金的金屬）。在一些情況下，此材料塗覆有反射材料（例如，諸如金的金屬）以形成反射器640。反射器640可以形成為定位成靠近包層635或與包層635接觸。在某些情況下，包層635位於超材料結構630和反射器640之間。反射器640可以是參考圖2B和圖4A-4E描述的反射器220、415和420的示例。在一些情況下，光學裝置606可以代表參考圖2A至圖4E描述的完整的記憶體裝置的一部分。

在自下而上的方法中，可以使用與自頂向下的方法（例如，參見圖6A和6B）類似的光刻技術來首先創建期望結構的反圖案。然後可以在圖案化的抗蝕劑層615的頂部上生長薄膜層，以填充孔（例如，參見圖6C）。在提離處理之後（例如，參見圖6D），可以去除抗蝕劑層615以及抗蝕劑頂部的薄膜，並且將圖案轉移到薄膜層上，成為超材料結構。取決於設計，可以添加包層以保護或支撐結構，使用本文所述的塗覆技術（例如旋塗）或沉積技術（例如如圖6E所示）來添加包層。可以使用本文所述的沉積技術（例如圖6F所示）將反射器（例如，金屬）層添加到包層的頂部。

圖7示出了流程圖，流程圖示出了根據本文所揭示的示例的支援將超材料用於光纖通信的模態多工器或解多工器的方法700。方法700的操作可以由製造系統或與製造系統相關聯的一或多個控制器來實現。在一些示例中，一或多個控制器可以執行一組指令以控制製造系統的一或多個功能元件以執行所描述的功能。附加地或替代地，一或多個控制器可以使用專用硬體來執行所描述的功能的各態樣。

在705，方法700可以包括生長透光的基板。705的操作可以根據本文描述的方法來執行。

在710，方法700可以包括在基板上沉積超材料層。710的操作可以根據本文描述的方法來執行。

在715，方法700可以包括在超材料層上沉積抗蝕劑層。715的操作可以根據本文描述的方法來執行。

在720，方法700可以包括蝕刻抗蝕劑層的圖案以形成一組硬遮罩。在某些情況下，可以蝕刻抗蝕劑層的圖案。720的操作可以根據本文描述的方法來執行。

在725處，方法700可以包括基於蝕刻抗蝕劑層的一部分來蝕刻此組硬遮罩和超材料層的暴露部分以形成一組超材料結構，其中複數個超材料結構被配置為移位具有第一模態的第一光信號的第一相位輪廓與具有第二模態的第二光信號的第二相位輪廓，以產生具有第三模態的第三光信號和具有第四模態的第四光信號。在一些情況下，可以透過在蝕刻處理期間將抗蝕劑用作一或多個硬遮罩的同時蝕刻超材料層來形成超材料結構組。725的操作可以根據本文描述的方法來執行。

在一些示例中，本文所述的裝置可以執行一種或多種方法，例如方法700。設備可以包括特徵、裝置或指令（例如，非暫態性電腦可取媒體，其存儲可由處理器執行的指令），用於生長光透射的基板、在基板上沉積超材料層、在超材料層上沉積抗蝕劑層、蝕刻抗蝕劑層的一部分以形成一組硬遮罩、並基於蝕刻抗蝕劑層的一部分來蝕刻此組硬遮罩和超材料層的暴露部分以形成一組超材料結構。超材料結構組可被配置為移位具有第一模態的第一光信號的第一相位輪廓與具有第二模態的第二光信號的第二相位輪廓，以產生具有第三模態的第三光信號和具有第四模態的第四光信號。

本文描述的方法700和設備的一些示例可以進一步包括用於基於蝕刻硬遮罩組和暴露的超材料層的一部分來沉積反射材料的操作、特徵、構件或指令，以在此組超材料結構的一端上形成反射器。本文描述的方法700和設備的一些示例，可以進一步包括用於基於蝕刻硬遮罩組和超材料層的暴露部分，而在此組超材料結構上以及在基板的暴露部分上沉積包層的操作、特徵、構件或指令，其中反射材料的沉積可以基於包層的沉積。在本文描述的方法700和設備的一些示例中，反射材料可以沉積在可以位於此組超材料結構和反射材料之間的包層上。

在本文描述的方法700和設備的一些示例中，此組超材料結構的每個超材料結構可具有一或多個參數，參數包括超材料結構的高度、超材料結構的截面輪廓、超材料結構的直徑、超材料結構的介電性質或其任意組合。在本文描述的方法700和設備的一些示例中，每個超材料結構的一或多個參數中的至少一些可以基於相關聯的硬遮罩的第二截面輪廓。

圖8示出了流程圖，流程圖示出了根據本文所揭示的示例的支援將超材料用於光纖通信的模態多工器或解多工器的方法800。方法800的操作可以由製造系統或與製造系統相關聯的一或多個控制器來實現。在一些示例中，一或多個控制器可以執行一組指令以控制製造系統的一或多個功能元件以執行所描述的功能。附加地或替代地，一或多個控制器可以使用專用硬體來執行所描述的功能的各態樣。

在805處，方法800可以包括沉積透光的基板。805的操作可以根據本文描述的方法來執行。

在810，方法800可以包括在基板上沉積抗蝕劑層。810的操作可以根據本文描述的方法來執行。

在815處，方法800可以包括蝕刻抗蝕劑層的圖案以在抗蝕劑層中形成一組腔。在某些情況下，可以蝕刻抗蝕劑層的圖案。815的操作可以根據本文描述的方法來執行。

在820，方法800可以包括在形成腔組的抗蝕劑層上沉積超材料層，超材料層填充在抗蝕劑層中形成的腔組中的至少一些腔。820的操作可以根據本文描述的方法來執行。

在825處，方法800可以包括基於在抗蝕劑層上沉積超材料層來去除超材料層與抗蝕劑層以形成一組超材料結構，其中複數個超材料結構被配置為移位具有第一模態的第一光信號的第一相位輪廓與具有第二模態的第二光信號的第二相位輪廓，以產生具有第三模態的第三光信號和具有第四模態的第四光信號。在一些情況下，可以將一種或多種化學物質施加到結構上，以去除剩餘的抗蝕劑層和在剩餘的抗蝕劑層之上的超材料。在某些情況下，此過程可以稱為提離（lift-off）。825的操作可以根據本文描述的方法來執行。

在一些示例中，本文所述的裝置可以執行一種或多種方法，例如方法800。設備可以包括特徵、構件或指令（例如非暫態性電腦可讀取媒體，其存儲可由處理器執行的指令），用於沉積透光的基板、在基板上沉積抗蝕劑層、蝕刻抗蝕劑層的一部分以在抗蝕劑層中形成一組腔、在形成此組腔的抗蝕劑層上沉積超材料層（超材料層填充在抗蝕劑層中形成的一組腔中的至少一部分）、並蝕刻超材料層和抗蝕劑層以基於在抗蝕劑層上沉積超材料層而形成一組超材料結構。超材料結構組可被配置為移位具有第一模態的第一光信號的第一相位輪廓與具有第二模態的第二光信號的第二相位輪廓，以產生具有第三模態的第三光信號和具有第四模態的第四光信號。

本文描述的方法800和設備的一些示例可以進一步包括用於基於蝕刻超材料層與抗蝕劑層來沉積反射材料的操作、特徵、構件或指令，以在此組超材料結構的一端上形成反射器。本文描述的方法800和設備的一些示例，可以進一步包括用於基於蝕刻超材料層和抗蝕劑層，而在此組超材料結構上以及在基板的暴露部分上沉積包層的操作、特徵、構件或指令，其中反射材料的沉積可以基於包層的沉積。在本文描述的方法800和設備的一些示例中，反射材料可以沉積在可以位於此組超材料結構和反射材料之間的包層上。

在本文描述的方法800和設備的一些示例中，此組超材料結構的每個超材料結構可具有超材料結構的一或多個參數，參數包括超材料結構的高度、超材料結構的截面輪廓、超材料結構的直徑、超材料結構的介電性質或其任意組合。在本文描述的方法800和設備的一些示例中，每個超材料結構的一或多個參數中的至少一些可以基於相關聯的硬遮罩的第二截面輪廓。

應當注意，上述方法描述了可能的實施方式，並且操作和步驟可以被重新佈置或以其他方式修改，並且其他實施方式是可能的。此外，可以組合來自兩種或更多種方法的部分。

本文描述的資訊和信號可以使用多種不同技術和技術中的任何一種來表示。例如，前述說明全文中所參照的資料、指令、命令、資訊、訊號、位元、符號、以及小片，可由電壓、電流、電磁波、磁場或粒子、光場或粒子、或以上之任意結合者來呈現。一些附圖可以將信號圖示為單個信號；然而，本領域普通技術人員將理解，信號可以表示信號匯流排，其中匯流排可以具有各種位元寬度。

用詞「電子通信」、「導電觸點」、「連接」和「耦合」可以指支援組件之間的信號流的組件之間的關係。如果組件之間存在任何可以隨時支援組件之間信號流的導電路徑，則認為組件彼此電子通信（或與之導電接觸點、連接或耦合）。在任何給定時間，基於包括連接部件的裝置的操作，彼此電子連通（或與之導電接觸或連接或耦合）的組件之間的導電路徑可以是開路或閉路。連接的組件之間的導電路徑可以是組件之間的直接導電路徑，或者連接的組件之間的導電路徑可以是可以包括中間組件（例如，開關、電晶體或其他組件）的間接導電路徑。在一些示例中，例如，使用諸如開關或電晶體的一或多個中間組件，可以將連接的組件之間的信號流中斷一段時間。

本文討論的包括光學裝置的裝置可以形成在半導體基板上，例如矽、鍺、矽鍺合金、砷化鎵、氮化鎵等。在一些示例中，基板是半導體晶圓。在其他示例中，基板可以是絕緣體上矽（SOI）基板、例如玻璃上矽（SOG）或藍寶石上矽（SOP）、或另一基板上的半導體材料的外延層。可以透過使用各種化學物質（包括但不限於磷、硼或砷）透過摻雜來控制基板或基板的子區域的電導率。可以在基板的初始形成或生長期間透過離子注入或透過任何其他摻雜方式來執行摻雜。

結合附圖，本文闡述的描述描述了示例配置，並且不代表可以實現的或在申請專利範圍內的所有示例。在此使用的用詞「示例性」是指「用作示例、實例或說明」，而不是「優選」或「優於其他示例」。詳細描述包括特定細節以提供對所描述技術的理解。但是，可以在沒有這些特定細節的情況下實踐這些技術。在一些實例中，以框圖形式示出了公知的結構和裝置，以避免使所描述的示例的概念不清楚。

在附加圖式中，類似的組件或特徵可具有相同的元件符號。再者，相同類型的各個部件，可由元件符號之後的字母來分辨，此字母分辨類似的部件。若說明書中僅使用了首個元件符號，則其說明可適用於具有相同的首個元件符號的類似部件之任意者，不論其字尾字母為何。

結合本文的揭示內容描述的各種說明性塊和模塊可以用通用處理器、數位信號處理器（DSP）、專用積體電路（ASIC）、現場可編程閘陣列（FPGA）或其他可編程邏輯裝置、離散閘或電晶體邏輯、離散硬體組件或其任何組合，旨在執行本文所述的功能。通用處理器可以是微處理器，但可替代地，處理器可以是任何處理器、控制器、微控制器或狀態機。處理器還可以實施為計算裝置的組合，例如DSP和微處理器、多個微處理器、一或多個微處理器結合DSP內纖芯、或任何其他這樣的配置的組合。

本文描述的功能可以以硬體、由處理器執行的軟體、韌體或其任何組合來實現。如果在由處理器執行的軟體中實現，則功能可以作為一或多個指令或代碼存儲在電腦可讀取媒體上或透過電腦可讀取媒體傳輸。其他示例和實施方式在本揭示內容和所附揭示內容的範圍內。例如，由於軟體的性質，可以使用由處理器執行的軟體、硬體、韌體、硬接線或這些中的任何組合來實現上述功能。實現功能的特徵還可以物理地位於各種位置，包括分佈，使得功能的各部分在不同的物理位置處實現。另外，如本文中所使用的，包括在申請專利範圍中，在項目列表中使用的「或」（例如，以諸如「至少一個」或「一或多個」之類的短語開頭的項目列表）表示包含性列表，例如，A、B或C中的至少一個的列表表示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，短語「基於」不應被解釋為對封閉條件集合的引用。例如，在不脫離本揭示內容的範圍的情況下，被描述為「基於條件A」的示例性步驟可以基於條件A和條件B兩者。換句話說，如本文所使用的，短語「基於」應以與短語「至少部分基於」相同的方式解釋。

電腦可讀取媒體包括非暫態性電腦可讀取媒體和通信媒體，通信媒體包括有助於將電腦程式從一個地方轉移到另一地方的任何媒體。非暫態性儲存媒體可以是可由通用或專用電腦存取的任何可用媒體。作為範例而不為限制，非暫態性電腦可讀取媒體可包含隨機存取記憶體（RAM）、唯讀記憶體（ROM）、電子可抹除可編程式唯讀記憶體（EEPROM）、光碟唯讀記憶體（CD-ROM）或其他光碟儲存器、磁碟儲存器或其他磁性儲存裝置、或可用於由一般用途或特定用途電腦（或一般用途或特定用途處理器）可存取之指令或資料結構形式儲存所需程式碼的任何其他媒體。而且，任何連結都適當地稱為電腦可讀取媒體。例如，如果使用同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、數位用戶線（DSL）或無線技術（例如紅外、無線電和微波）從網站、伺服器或其他遠端源傳輸軟體、則介質的定義包括同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、數位用戶線（DSL）或諸如紅外、無線電和微波之類的無線技術。本文使用的磁盤和光盤包括CD、激光光盤、光盤、數位多功能光盤（DVD）、軟碟和藍光光碟、其中磁盤通常以磁性方式複製資料，而光盤則透過激光光方式複製資料。前述之結合者亦被包含在電腦可讀取媒體的範圍內。

提供本文的描述以使本領域技術人員能夠做出或使用本揭示內容。對本揭示內容的各種修改對於本領域技術人員將是顯而易見的，並且在不脫離本揭示內容的範圍的情況下，本文中定義的一般原理可以應用於其他變型。因此，本揭示內容不限於本文描述的示例和設計，而是應被賦予與本文揭示的原理和新穎性特徵一致的最廣泛範圍。

100:光學系統 105:光學通信鏈路 110:發送器系統 115:接收器系統 120:多工器 125-a~125-n:發送器 130-a~130-n:光學通信鏈路 135:解多工器 140-a~140-n:接收器 145-a~145-n:光學通信鏈路 160:圖表 165:曲線圖 170:描繪 175:描繪 180:描繪 185:描繪 190-a~190-d:光學通信鏈路 191:光學通信鏈路 192-a~192-d:第一纖芯 193:包層 195-a~195-d:光學通信鏈路 196:光學通信鏈路 197-a~197-d:纖芯 198:包層 201:光學裝置 203:相位輪廓 205:基板 210:超材料結構 212:單位單元 215:包層 220:反射器 225:表面 230:距離 235:表面 300:光學裝置 305:基板 310-a~310-N:級 315:間隔墊 320:黏合劑 325:空間 330:輸入光纖 335:輸出光纖 401:光學裝置 402:光學裝置 403:光學裝置 405:基板 406:光學裝置 407:光學裝置 410-a~410-N:超材料級 415:第一反射器 420:第二反射器 425:包層 430:輸入孔 435:輸出孔 440:側壁 445:側壁 450:輸入光纖 455:輸出光纖 501:光學裝置 502:光學裝置 503:光學裝置 504:光學裝置 505:光學裝置 506:光學裝置 510:基板 515:超材料 520:抗蝕劑層 525:硬遮罩 530:超材料結構 535:包層 540:反射器 601:光學裝置 602:光學裝置 603:光學裝置 604:光學裝置 605:光學裝置 606:光學裝置 610:基板 615:抗蝕劑層 620:腔 625:超材料層 630:超材料結構 635:包層 640:反射器 700:方法 705-725:操作 800:方法 805-825:操作

圖1A示出了根據本文所揭示的示例的光學系統的示意圖的示例，光學系統支援使用超材料用於光纖通信的模態多工器或解多工器。

圖1B示出了根據本文所揭示的示例的圖表的示例，圖表可以形成使用超材料進行光纖通信的模態多工器或解多工器的至少一部分。

圖1C示出了根據本文所揭示的示例的支援模態多工器或解多工器的解耦多纖芯光通信鏈路的圖的示例，模態多工器或解多工器使用超材料進行光纖通信。

圖1D示出了根據本文揭示的示例的支援模態多工器或解多工器的耦合多纖芯光通信鏈路的圖的示例，模態多工器或解多工器使用超材料進行光纖通信。

圖2A示出了根據本文所揭示的示例的光學裝置的示例，光學裝置可以形成使用超材料進行光纖通信的模態多工器或解多工器的至少一部分。

圖2B示出了根據本文所揭示的示例的支援模態多工器或解多工器的光學裝置的示例，模態多工器或解多工器使用超材料來進行光纖通信。

圖2C示出了根據本文所揭示的示例的支援模態多工器或解多工器的光學裝置的相位輪廓的示例，模態多工器或解多工器使用超材料進行光纖通信。

圖3示出了根據本文所揭示的示例的支援模態多工器或解多工器的光學裝置的示例，模態多工器或解多工器使用超材料來進行光纖通信。

圖4A至圖4E示出了根據本文所揭示的示例的支援模態多工器或解多工器的光學裝置的示例，模態多工器或解多工器使用超材料來進行光纖通信。

圖5A至圖5F示出了根據本文所揭示的示例的用於製造光學裝置的方法的示例，光學裝置支援使用超材料進行光纖通信的模態多工器或解多工器。

圖6A至圖6F示出了根據本文所揭示的示例的用於製造光學裝置的方法的示例，光學裝置支援使用超材料進行光纖通信的模態多工器或解多工器。

圖7和圖8示出了流程圖，流程圖示出了根據本文所揭示的示例的支援將超材料用於光纖通信的模態多工器或解多工器的方法。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

100:光學系統

105:光學通信鏈路

110:發送器系統

115:接收器系統

120:多工器

125-a~125-n:發送器

130-a~130-n:光學通信鏈路

135:解多工器

140-a~140-n:接收器

145-a~145-n:光學通信鏈路

Claims (20)

1. 一種設備，包括： 一第一基板，該第一基板是透光的； 一第一超材料級，該第一超材料級與該第一基板接觸； 一第二超材料級，該第二超材料級與該第一基板接觸，該第一超材料級與該第二超材料級經配置以： 透過一第一光通信鏈路接收具有一第一模態的一第一光信號； 透過一第二光通信鏈路接收具有一第二模態的一第二光信號； 透過移位該第一光信號的一第一相位輪廓，生成具有一第三模態的一第三光信號； 透過移位該第二光信號的一第二相位輪廓，生成具有一第四模態的一第四光信號；以及 透過一第三光通信鏈路發送該第三光信號與該第四光信號，該第三光通信鏈路包含一多模光通信鏈路。
2. 如請求項1所述之設備，其中： 該第一超材料級經配置以移位該第一光信號的該第一相位輪廓與該第二光信號的該第二相位輪廓，並輸出一第一經移位光信號與一第二經移位光信號；以及 該第二超材料級經配置以移位該第一經移位光信號的一第三相位輪廓與該第二經移位光信號的一第四相位輪廓，並輸出該第三光信號與該第四光信號。
3. 如請求項1所述之設備，該設備進一步包含： 一第二基板，該第二基板是透光的，該第二基板接觸該第二超材料級，其中該第一基板、該第一超材料級、該第二基板和該第二超材料級形成一堆疊結構。
4. 如請求項3所述之設備，該設備進一步包含： 一間隔墊，該間隔墊接觸該第一基板和該第二基板，並在該第一基板的一第一表面和該第二基板的一第二表面之間形成一空間，其中該第二超材料級放置在由該間隔墊產生的該空間中。
5. 如請求項4所述之設備，該設備進一步包含： 一液體光透明黏合劑，該液體光透明黏合劑定位在由該間隔墊產生的該空間中，其中該第二超材料級接觸該第二基板的該第二表面，並且該液體光透明黏合劑放置在該第二超材料級和該第一基板的該第一表面之間。
6. 2或3所述之設備，該設備進一步包含： 一第一反射器與一第二反射器，該第一反射器與該第二反射器經配置以反射該第一光信號與該第二光信號，該第一基板定位在該第一反射器與該第二反射器之間。
7. 如請求項6所述之設備，該設備進一步包含： 包層，該包層定位在該第一超材料級與該第一反射器之間，該包層的一厚度經配置以減輕與該第一超材料級互動的光信號的損失，或經配置以保護該第一超材料級，或對以上之組合配置。
8. 如請求項6所述之設備，其中： 該第一超材料級與該第二超材料級定位為鄰近該第一反射器；或 該第一超材料級定位為鄰近該第一反射器，且該第二超材料級定位為鄰近該第二反射器。
9. 如請求項6所述之設備，其中： 該第一反射器形成一第一孔，該第一孔用於接收該第一光信號與該第二光信號，且該第二反射器形成一第二孔，該第二孔用於輸出該第三光信號；或 該第一反射器形成該第一孔與該第二孔，該第一孔用於接收該第一光信號與該第二光信號，該第二孔用於輸出該第三光信號。
10. 如請求項6所述之設備，其中該第一基板、該第一反射器、該第二反射器、該第一超材料級與該第二超材料級形成一Fabry-Perot腔，該Fabry-Perot腔經配置以產生該第一光信號與該第二光信號的一或多個諧振反射。
11. 如請求項1所述之設備，其中該第一超材料級包含： 複數個超材料結構，該複數個超材料結構以一圖案佈置以移位該光信號的一相位輪廓，此係至少部分基於該複數個超材料結構的每個超材料結構的一或多個參數。
12. 如請求項11所述之設備，其中該超材料結構的該一或多個參數包括該超材料結構的一高度、該超材料結構的一截面輪廓、該超材料結構的一直徑、該超材料結構的一介電性質或其任意組合。
13. 如請求項11所述之設備，其中該第一超材料級引起的一總相位移位係至少部分基於每個超材料結構的一相位移位輪廓與該複數個超材料結構的該圖案。
14. 一種方法，包含以下步驟： 沉積透光的一基板； 在該基板上沉積一抗蝕劑層； 蝕刻該抗蝕劑層的一部分以在該抗蝕劑層中形成複數個腔；以及 在形成該複數個腔的該抗蝕劑層上沉積一超材料層，該超材料層填充在該抗蝕劑層中形成的該複數個腔中的至少一些腔； 至少部分基於在該抗蝕劑層上沉積該超材料層來蝕刻該超材料層與該抗蝕劑層以形成複數個超材料結構，其中該複數個超材料結構被配置為移位具有一第一模態的一第一光信號的一第一相位輪廓與具有一第二模態的一第二光信號的一第二相位輪廓，以產生具有一第三模態的一第三光信號和具有一第四模態的一第四光信號。
15. 如請求項14所述之方法，該方法進一步包含以下步驟： 至少部分基於蝕刻該超材料層與該抗蝕劑層來沉積一反射材料，以在該複數個超材料結構的一端上形成一反射器。
16. 如請求項15所述之方法，該方法進一步包含以下步驟： 至少部分基於蝕刻該超材料層與該抗蝕劑層，而在該複數個超材料結構上以及在該基板的暴露部分上沉積包層，其中沉積該反射材料之步驟係至少部分基於沉積該包層之步驟。
17. 如請求項16所述之方法，其中該反射材料係沉積在位於該複數個超材料結構和該反射材料之間的該包層上。
18. 如請求項14至17之任一項所述之方法，其中該複數個超材料結構的每個超材料結構具有一或多個參數，該一或多個參數包括該超材料結構的一高度、該超材料結構的一截面輪廓、該超材料結構的一直徑、該超材料結構的一介電性質、或以上之任意組合。
19. 如請求項18所述之方法，其中每個超材料結構的該一或多個參數中的至少一些參數係至少部分基於該抗蝕劑層中的一相關聯的腔的一第二截面輪廓。
20. 一種設備，包括： 一基板，該基板是透光的；以及 一超材料級，該超材料級與該基板接觸並經配置以： 透過一第一光通信鏈路接收具有一第一模態的一第一光信號與具有一第二模態的一第二光信號，該第一光通信鏈路包含一多模光通信鏈路； 至少部分基於透過該超材料級移位該第一光信號的一第一相位輪廓，從該第一光信號生成具有一第三模態的一第三光信號；以及 至少部分基於透過該超材料級移位該第二光信號的一第二相位輪廓，從該第二光信號生成具有一第四模態的一第四光信號； 透過一第二光通信鏈路發送具有該第三模態的該第三光信號；以及 透過一第三光通信鏈路發送具有該第四模態的該第四光信號。

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