Исследования в этой области обусловлены необходимостью эффективной коммутации потоков данных с все более высокой скоростью, поскольку потребители компьютерных и коммуникационных услуг требуют скорости передачи и коммутации гораздо выше, чем может обеспечить чисто электронная система. Благодаря разработкам в области полупроводниковых лазеров и детекторов (описаны выше Эпитаксиальные слои) и оптических волокон (описаны ниже Оптическая передача), стала возможной передача данных на желаемых высоких скоростях. Однако коммутация оптических потоков данных по-прежнему требует преобразования данных из оптической области в электронную, их электронного переключения и манипулирования внутри коммутационного устройства, а затем повторного преобразования переключенных и переконфигурированных данных в оптическую область для передачи по оптическому волокну. Поэтому электронное переключение считается главным препятствием для достижения более высоких скоростей переключения. Одним из подходов к решению этой проблемы является внедрение оптики внутрь цифровых коммутационных аппаратов. Этот подход, известный как фотоника свободного пространства, предполагает использование таких устройств, как полупроводниковые лазеры или светоизлучающие диоды (LED), оптические модуляторы и фотодетекторы — все они будут интегрированы в системы в сочетании с электронными компонентами.
Одним из коммерчески доступных устройств для фотонного переключения является устройство с самоэлектрооптическим эффектом на квантовых ямах, или SEED. Ключевая концепция этого устройства заключается в использовании квантовых ям. Эти структуры состоят из множества тонких слоев двух различных полупроводниковых материалов. Толщина отдельных слоев обычно составляет 10 нанометров (около 40 атомов), а в устройстве толщиной около 1 микрометра используется 100 слоев. Когда к слоям прикладывается напряжение, передача фотонов через квантовые ямы значительно изменяется, создавая оптический модулятор — важный компонент любой фотонной схемы. Разновидностями концепции SEED являются симметричный SEED (S-SEED) и SEED на полевом транзисторе. Соседние S-SEED могут быть соединены парами квантовых фотодиодов «спина к спине», а сети межсоединений коммерческого размера могут быть построены с помощью фотонных связей в свободном пространстве между двумерными массивами узлов переключения. Однако даже этот тип технологии оптических соединений в свободном пространстве будет только улучшать и расширять электронные технологии, а не заменять их.
Выход оптоэлектронных и фотонных интегральных схем за пределы исследовательской лаборатории на рынок стал возможен благодаря наличию высококачественных технологий эпитаксиального роста для создания согласованных по решетке кристаллических слоев фосфида индия-галлия и арсенида индия (InGaAsP/InP). Эта система соединений III-V занимает центральное место в светоизлучателях и детекторах, используемых в диапазонах длин волн 1,3 и 1,5 микрометра, в которых оптическое волокно имеет очень низкие потери при передаче.