光子晶体和纳米线组合推进光子集成

与电子集成的巨大成功故事相反，光子集成仍处于起步阶段。它面临的最严重的障碍是需要使用各种材料来实现不同的功能 - 与电子集成不同。更复杂的是，光子集成所需的许多材料与硅集成技术不兼容。

到目前为止，尝试将各种功能纳米线放置在光子电路内以达到所需的功能已经表明，虽然完全可能，但纳米线往往太小而不能有效地限制光。虽然更大的纳米线可以改善光限制和性能，但它会增加能量消耗和器件占用面积 - 这两者在集成时都被认为是“致命的”。

为解决这一问题，日本NTT公司的一组研究人员提出了一种将亚波长纳米线与光子晶体平台结合起来的方法，他们本周在AIP出版社的APL Photonics杂志上报告了这一问题。

光子晶体 - 折射率周期性调制的人造结构 - 是他们工作的核心。

“光子晶体的小局部折射率调制产生强光限制，从而产生超高质量的光学纳米谐振器，”NTT基础研究实验室的高级杰出科学家Masaya Notomi说。“我们在工作中充分利用了这一特殊功能。”

早在2014年，同一小组证明，通过将光放置在硅光子晶体上，可以将光强烈限制在直径为100纳米的亚波长纳米线中。当时，“这是限制机制的初步证明，但是通过我们目前的工作，我们已经成功地通过使用这种方法在硅平台上展示了亚波长纳米线器件的操作，”Notomi说。

换句话说：虽然亚波长纳米线本身不能成为具有强光限制的谐振器，但当放置在光子晶体上时，它会产生产生光限制所需的折射率调制。

“对于我们的工作，我们精心制备具有足够大光学增益的III-V半导体纳米线，并通过使用'纳米探针操作技术'将其置于硅光子晶体的槽内，这导致光学纳米谐振器，”Masato Takiguchi说。该论文的主要作者和NTT基础研究实验室Notomi小组的研究员。“通过一系列仔细的表征，我们证明了这种亚波长纳米线可以表现出连续波激光振荡和10 Gbps的高速信号调制。”

要使用纳米线激光器进行光子集成，必须满足三个基本要求。“首先，纳米线应尽可能小，以获得足够强的光限制，从而确保超小型足迹和能量消耗，”Takiguchi说。“其次，纳米线激光器必须能够产生高速信号。第三，激光波长应该超过1.2微米，以避免在硅中吸收，因此在光通信波长下创建亚波长纳米线激光器非常重要 - 1.3至1.55微米 - 能够进行高速信号调制。“