为在光电集成电路中实现更多功能，日本电报电话公司（NTT）的一个研究团队研发出将亚波长铟砷磷/磷化铟（InAsP/InP）纳米线与光电晶体平台组合在一起的方法，成功展示了工作在硅平台上的亚波长纳米线器件，研究成果以《在硅光电晶体上的基于InAsP/InP亚波长纳米线激光器的连续波工作和10-Gb/s直接调制》为名，发表在《APL光电》杂志上。
光电集成技术仍处于发展初期，其面临的众多发展障碍之一是需要使用一系列材料来获得不同功能，而其中的大多数材料与硅集成技术并不兼容。
到目前为止，在光电电路中希望放置多种功能纳米线来获得想要功能的尝试显示出，即使能够完全实现，纳米线往往也太小不足以有效地进行光限制，而大一点的纳米线虽能够改进对光的限制和性能，但也带来能耗和器件尺寸增加等问题，而后两点在集成时的影响是‘致命’的。
人工制造、折射率是周期性调制的光电晶体是本次工作的核心。NTT基础研究实验室的杰出高级科学家Masaya Notomi说“一个光电晶体的小本地折射率调制可产生强光限制，该限制可带来超高质量光电纳米谐振器。我们在工作中充分使用了该特性。”
在2014年，同一研究组组展示了，通过将一个直径为100纳米亚波长纳米线放置在硅光电晶体上是可以产生对光的强力限制。Notomi表示，“那时只是对限制机制的初步演示，但在工作中我们成功展示了基于使用该方法硅平台上亚波长纳米线器件的工作情况”。换句话说，亚波长纳米线无法独自变成带有很强光限制能力的谐振器，但当其放在一个光电晶体上，产生了光限制所需的折射率调制。
论文的第一作者、工作在NTT基础研究实验室Notomi团队的Masato Takiguchi说：“在工作中，我们仔细地准备了一个带有足够大光电增益的Ⅲ-Ⅴ半导体纳米线，然后使用纳米探针操控技术将其放置在一槽硅光电晶体中，实现了一个光电纳米谐振器。通过一系列仔细的特性表征，我们证实该亚波长纳米线能够展现出连续波激光振荡和在10Gbps的高速信号调制。”
图为采用操控纳米探针制造出的纳米线光电晶体混合激光器示意图
要使用纳米线激光器来实现光电集成，必须满足三个重要要求。Takiguchi说：“首先，用于足够强光限制的纳米线必须尽可能地小，以保证超小的尺寸和能耗。第二，纳米线激光器必须能够产生高速信号。第三，激光波长必须大于1.2微米，以避免在硅中的吸收，因此产生能够工作在光电通信波长1.3-1.55微米的亚波长纳米线激光器很重要，以此产生高速信号调制。”
Notomi表示，事实上，此前展示的基于纳米线的激光器“除了一个在1.55微米的相对厚微米线激光器的脉冲激光展示，均工作在短于0.9微米的波长范围，这些波长不能用于硅光电集成电路。”这是可以推测的，因为材料增益在更长的波长更小，使得薄纳米线难以捕获发出的激光。此外，“基于任何类型材料的纳米线的高速调制也是零展示”，这也是因为低增益。
Notomi表示，“在我们现有工作中，我们通过组合一个纳米线和硅光电晶体解决了这些问题。我们的研究是首个采用亚波长纳米线实现的连续波激光震荡，以及首个展示了通过纳米线激光器实现的高速信号调制。”团队能够实现10-Gbps调制，与传统光通信用直接调制的高速激光器兼容。“这证明纳米线激光器具有信息处理的前景，尤其是光电集成线路。”Notommi表示。
团队现有研究成果最具前景的应用是基于纳米线的光电集成电路，他们将使用各种不同的纳米线来获取不同功能，如实现在硅光电集成电路中的激光器、光电探测器和开关。Notomi表示，“可以预期，装有在片光电网络的处理器将在15年内成为必需，基于纳米线的光电集成将成为一个可能的解决方案。”
在激光器方面，研究团队的下一个目标是实现输入/输出波导与纳米线激光器的集成。Takiguchi表示：“尽管这种集成对于纳米线器件是一个困难的工作，我们预期其将在我们的平台中将变得容易得多，因为光电晶体平台在波导连接方面具有是本质上的优势。我们还将聚焦室温电流驱动发射激光。”
团队还计划使用同样技术“通过选用不同纳米线实现除了激光器之外的光电器件。“我们希望展示出通过在单一芯片上集成多个光电器件来具备多种功能。”
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