到目前為止，將各種功能性納米線置入光子電路以達到所需功能的嘗試表明，納米線過小而不能限制光。增加能量消耗和設(shè)備足跡，在集成方面這兩點被認為是“致命”的。
光子晶體——折光率呈現(xiàn)周期性調(diào)節(jié)的人工結(jié)構(gòu)——是其發(fā)揮作用的關(guān)鍵。
“一個光子晶體的本地小折光率調(diào)節(jié)能夠產(chǎn)生強大的光限制，形成質(zhì)量的光學共振器?！盢TT基礎(chǔ)研究實驗室科學家Masaya Notomi說，“我們在工作中充分利用了這種特殊性質(zhì)。”回到2014年，該團隊證明可以用直徑*有100納米的次波長納米線較強地限制光，方法是將其置于一個硅光子晶體上。那時，“證明這種限制機制仍處于初步階段，但我們的工作成功地用這種方法在一個硅平臺上展示了次波長納米線設(shè)備”，Notomi說。換言之，當次波長納米線自身不能成為具備強光限制的共振器時，在被置于一個光子晶體上時，它會導(dǎo)致折光率調(diào)節(jié)產(chǎn)生光限制。
“對我們的工作來說，我們會精心準備一個擁有充分大光學增益的III-V半導(dǎo)體納米線，通過使用將其放置在一個硅光子晶體的狹槽內(nèi)，從而形成一個光學納米共振器?！眻F隊研究人員說?！巴ㄟ^一系列仔細的描述，我們證明了這種次波長納米線能夠展示出連續(xù)波激光振蕩以及每秒10千兆比特的高速信號調(diào)節(jié)?！?/p>
利用納米線激光進行光子集成需要滿足3個必要條件。
“首先，納米線需要足夠小并具有充分的強光限制性能，這可以確保極小的足跡和能量消耗?！?，“其次，納米線激光必須能夠產(chǎn)生高速信號。第三，激光波長應(yīng)該大于1.2微米以避免被硅吸收，所以創(chuàng)建光通信波長在1.3微米至1.55微米之間的次波長納米線激光非常重要，從而能夠產(chǎn)生高速信號調(diào)節(jié)。”實際上，此前展示的基于納米線的激光“波長均短于0.9微米，不能被用于硅光子集成電路——除了相對較粗的1.55微米的微米線激光脈沖激光展示之外?！薄＿@可能是因為波長更長使其材料增益更小，從而很難讓細納米線獲得激光。此外，“任何類型納米線的高速調(diào)節(jié)的零示范也已經(jīng)實現(xiàn)?！彼赋?，這也是因為小增益量?！巴ㄟ^當前的工作，我們把納米線和硅光子晶體相結(jié)合解決了這些問題?！?，“我們的結(jié)果通過次波長納米線展示了連續(xù)波激光振蕩，也展示了通過納米線激光進行的高速信號調(diào)節(jié)?！?/p>
該團隊能夠?qū)崿F(xiàn)每秒10千兆比特的調(diào)節(jié)，這與傳統(tǒng)上用于光學通信的直接調(diào)節(jié)高速激光相差無幾。
“這證明了納米線激光展示出信息處理的前景，特別是在光子集成回路中。”
該團隊目前具前景的工作是基于納米線的光子集成電路，他們將利用各種不同的納米線實現(xiàn)不同的功能，如激光、光子探測以及硅光子集成電路開關(guān)等。
“我們期待未來15年內(nèi)將會需要裝有芯片光子網(wǎng)絡(luò)的處理器，而基于納米線的光子合成將是一個潛在的解決辦法。”Notomi說。
談到激光，該團隊的下一個目標是集成擁有輸入或輸出波導(dǎo)的納米線激光。
“盡管這種集成對基于納米線的設(shè)備一直是一個有難度的任務(wù)，但我們期待它會在我們的平臺上更加容易實現(xiàn)，因為光子晶體平臺在波導(dǎo)連接方面具有內(nèi)在優(yōu)勢?！?/p>
該團隊計劃利用同樣的技術(shù)“選擇不同納米線”建立“光子設(shè)備而非激光”，Takiguchi 說?！拔覀兿胍故疚覀兡軌蛲ㄟ^在單一芯片上擁有不同功能集成大量光子設(shè)備?！?/p>
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