Chip-skala Frekvenskæder Driver Fremtidens Data

Forskere fra Columbia Engineering har skabt en ny chip, der kan omdanne en laser til en “frekvenskæde”, og generere flere kraftfulde lyskanaler på samme tid.

Ved at udnytte en speciel låsemekanisme rensede forskerne den rodet laserlys og opnåede laboratoriekvalitet på en lille silicium-enhed. Denne præstation kan betydeligt forbedre datacenterets effektivitet og drive innovation inden for LiDAR, sensorteknologi og kvanteteknologi.

Microcombs Formindsker Laboratoriekvalitet til en Chip 

Forskerne skabte den højtydende microcomb-enhed for at forbedre LiDAR (Light Detection and Ranging) teknologi.

LiDAR er en fjernmålings-teknologi, der bruger pulseret laserlys til at beregne afstande og skabe højopløselige 3D-modeller af miljøet. Den fungerer som radar, men bruger lys i stedet for lyd.

Systemet udsender laserpulser og måler deres tilbagekomst for at beregne præcise afstande til objekter og spore bevægelse i realtid.

Bestående af en laser, en scanner og en specialiseret GPS-modtager, genererer et LiDAR-instrument en detaljeret ‘punkt-sky’ af data, som derefter bruges til at skabe 3D-kort til anvendelser som autonom kørsel, miljøovervågning, kortlægning og arkæologi.

Teknologien blev opfundet allerede i 1960’erne, oprindeligt anvendt i meteorologi, havovervågning og topografisk kortlægning, før dens brug blev udvidet til rummet af NASA. I 2010’erne begyndte kommercielle biler at anvende LiDAR, og siden da er bil-LiDAR blevet meget populær i high-end elbiler.

I takt med den voksende anvendelse af LiDAR har forskerne konstant arbejdet på at forbedre teknologien. Mange spændende innovationer inden for laserteknologi er integreret med avanceret optik, hvilket muliggør yderligere miniaturisering og lover et langsigtet potentiale for LiDAR-systemer.

Fokus for forskerne fra Columbia University School of Engineering and Applied Science var at finde en måde at frigøre højere effekt og spektral renhed fra kompakte lasersystemer for at muliggøre chip-skala frekvenskæde-generering for at forbedre kommunikation, sensing, spektroskopi, LiDAR og andre integrerede fotoniske anvendelser.

Så har de skabt en microcomb, en miniature fotonisk enhed, der producerer en række jævnt fordelte optiske frekvenser, som tænderne på en kam, på en chip.

Disse integrerede miniature frekvenskæder har potentialet til at reducere størrelsen af komplekse systemer, der traditionelt kræves til sådanne anvendelser. Derfor er integrerede microcombs lovende for mange anvendelser, der kræver høj udgangseffekt, lille fodaftryk og høj effektivitet, såsom spektroskopi, sensing og datakommunikation.

For nylig har forskerne demonstreret elektrisk pumpede microcombs gennem integration af forstærkningschips (semikonduktorelementer) med førsteklasses resonatorer. Men deres samlede optiske effekt er stadig meget lavere end hvad praktiske løsninger kræver.

Denne begrænsning er blevet adresseret af Columbia-forskere, som demonstrerede højtydende elektrisk pumpede Kerr-frekvens microcombs. 

Fra ‘Rodede’ Dioder til Rene Microcombs

Interessant nok var dette en tilfældig opdagelse. For et par år siden arbejdede forskere i laboratoriet hos medforfatteren Michal Lipson, en Eugene Higgins professor i elektroteknik og professor i anvendt fysik, på et projekt for at forbedre LiDAR-kapaciteter da de bemærkede noget utroligt.

De designede højtydende chips, der kunne generere lysere stråler, og “da vi sendte mere og mere effekt gennem chippen, bemærkede vi, at den skabte det, vi kalder en frekvenskæde,” sagde Andres Gil-Molina, en tidligere postdoc-forsker i Lipsons laboratorium og nuværende hovedingeniør hos Xscape Photonics.

En frekvenskæde er et spektrum bestående af diskrete og regelmæssigt placerede spektrallinjer. Det betyder, at denne specielle type lys indeholder forskellige farver, der er placeret ved siden af hinanden på en ordnet måde, som man ser i en regnbue.

Her skinner dusinvis af lysfrekvenser. Men mellemrum mellem disse forskellige farver eller frekvenser forbliver mørke. Så når man ser på disse forskellige lyse frekvenser på et spektrogram, ligner de spidser eller tænder på en kam, deraf navnet.

Da forskellige farver af lys ikke interfererer med hinanden, fungerer hver tand som sin egen kanal, hvilket giver en utrolig mulighed for at sende flere datastrømme samtidigt.

Selvom det er yderst gavnligt, kræver oprettelsen af en kraftfuld frekvenskæde store og dyre lasere og forstærkere. 

Udgivet i Nature Photonics¹, beskriver artiklen hvordan det samme kan gøres på en enkelt chip. 

“Den teknologi, vi har udviklet, tager en meget kraftfuld laser og omdanner den til dusinvis af rene, højtydende kanaler på en chip. Det betyder, at du kan erstatte rack af individuelle lasere med én kompakt enhed, reducere omkostninger, spare plads og åbne døren til meget hurtigere, mere energieffektive systemer.”

– Gil-Molina

Dette forskningsarbejde kan ikke kun opfylde den enorme efterspørgsel fra datacentre efter kraftfulde og effektive lyskilder med mange bølgelængder, men det markerer også en milepæl i teamets mission om at fremme silicium-fotonik.

Silicium-fotonik, kendt for at muliggøre betydeligt hurtigere dataoverførsel, mens den bruger mindre strøm og genererer mindre varme end traditionelle elektroniske kredsløb, har fundet anvendelser i højhastigheds-datacentre, AI, LiDAR, kvanteteknologier, IoT og 5G.

Silicium-fotonik integrerer lysbaserede komponenter på en siliciumchip ved hjælp af standard CMOS-fremstillingsprocesser for at skabe fotonisk integrerede kredsløb (PICs). Den bruger silicon-on-insulator (SOI) wafere som den semikonduktive platform til at danne bølgeledere og andre komponenter, der leder lys for hurtigere, mere energieffektiv kommunikation og mindre, mere omkostningseffektive enheder.

“Efterhånden som denne teknologi bliver stadig mere central for kritisk infrastruktur og vores daglige liv, er denne form for fremskridt afgørende for at sikre, at datacentre er så effektive som muligt.”

– Lipson

Hvordan Selvinjektion Låsing Renset og Multiplicerer Lys

Hvad er den mest kraftfulde laser, der kan placeres på en chip? Dette spørgsmål førte forskerne til deres gennembrud.

Columbia-holdet valgte en multimode laserdiode. En laserdiode (LD) er en semikonduktorenhed, der producerer enkeltfarvet lys ved en specifik bølgelængde. Multimode laserdiode, også kaldet Broad Area Lasers (BALs), leverer højere effektudgange og er ideelle, når høj optisk effekt er påkrævet, og strålekvaliteten er mindre kritisk.

Disse enheder producerer en bredere stråle, hvilket reducerer strålekvaliteten, men øger effekt-tætheden. Multimode laserdiode anvendes bredt i applikationer såsom medicinsk udstyr, trykning og billeddannelse, samt laser-skæreværktøjer. 

Selvom de producerer enorme mængder lys, er strålen fra disse lasere “rodet”, hvilket gør det svært at anvende dem til præcise applikationer. 

Integration af en multimode laserdiode i en silicium-fotonik chip, hvor lysvejene kun er så brede som få mikrometer (μm) eller endda hundredevis af nanometer (nm), kræver dog omhyggelig ingeniørkunst.

For at rense denne kraftfulde, men meget støjende lyskilde, brugte holdet en låsemekanisme.

Selvinjektion låsning blev anvendt i den ikke-lineære regime for at generere høj on-chip effekt kombinationer og samtidig rense koherensen af pumpkilden.

Injektion låsning er den frekvenseffekt, der kan forekomme, når en oscillator forstyrres af en anden oscillator, der opererer ved en nærliggende frekvens. Når frekvenserne er tæt nok, og koblingen er stærk, kan den anden oscillator fange den første, så den i praksis får samme frekvens som den anden oscillator.

Denne teknik anvendes primært på kontinuerlige bølge (CW) enkeltfrekvens laserkilder, når en høj effektudgang er påkrævet, kombineret med meget lav intensitetsstøj og fase-støj.

Den bygger på silicium-fotonik til at omforme og rense laserens output, hvilket genererer en mere stabil og renere stråle, kaldet høj koherens. Når lyset er renset, overtager de ikke-lineære optiske egenskaber i chippen, som splitter den enkelt kraftfulde stråle i dusinvis af farver, der er jævnt fordelt, hvilket er det væsentlige kendetegn ved en frekvenskæde.

Den resulterende kompakte, høj-effektive lyskilde kombinerer en industriel lasers rå effekt med den stabilitet og præcision, der kræves til avanceret kommunikation og sensing.

Den lav-koherente kilde blev integreret med høj udgangseffekt og silicium-nitrid ring resonatorer. Resonatorerne er designet med normal gruppehastighedsdispersion, hvilket betyder, at hastigheden falder, når den optiske frekvens stiger. Dette sker, når længere lysbølgelængder bevæger sig hurtigere end kortere bølgelængder i et medium, hvilket får optiske pulser til at sprede sig over tid.

Microcombene, som holdet skabte, nåede samlede on-chip effektniveauer på op til 158 mW. Kombinationslinjerne havde imidlertid en indre linewidth på 200 kHz. Forskerne viste også mere end dobbelt så mange kombinationslinjer, der oversteg 100 μW og et størrelsesorden højere on-chip effektniveau end nogen tidligere rapporterede resultater.

“Vores nye elektrisk pumpede microcomb-kilde har den størrelse, effekt og linewidth, der kræves til datakommunikation, og kan have en stærk indvirkning på andre områder såsom højtydende computing og udbredte enheder til spektral-sensing og tidsmåling.” 

Gennembruddet kommer på et tidspunkt, hvor AI-boomet forårsager en eksplosion i efterspørgslen efter datacenterkapacitet. Dette lægger pres på deres infrastruktur, som kæmper med at flytte information hurtigt. Som følge heraf bygger virksomheder AI-specialiseret infrastruktur for at håndtere de massive beregningskrav til træning og kørsel af store AI-modeller. 

Allerede anvendes fiberoptiske forbindelser af avancerede datacentre til at transportere data, men selv de er afhængige af enkeltbølgelængde-lasere.

Ved at have dusinvis af stråler, der kører parallelt gennem den samme enkeltfiber, i stedet for én stråle, der kun bærer én datastrøm, kan frekvenskæder dramatisk forbedre datacentrenes kapacitet.

Dette samme princip lå bag WDM, eller wavelength-division multiplexing, en fiberoptisk teknologi der sender flere datastrømme samtidigt over en enkelt optisk fiber ved at tildele hver strøm en unik lysbølgelængde, hvilket signifikant øger datakapaciteten og  muliggør højere båndbredde. WDM hjalp internettet med at blive et globalt højhastighedsnetværk i slutningen af 1990’erne.

Nu laver Lipsons team højtydende, flerbølgelængde-kæder, så små at de kan passe direkte på en chip. Denne præstation vil gøre det muligt at introducere denne kapabilitet i de dele af moderne computersystemer der er kompakte og dyre.

På denne måde kan chippen ændre, hvordan datacentre fungerer ved at strømline måden, information overføres og behandles på, påvirke designet af næste generations datacentre og mange andre enheder, der er afhængige af effektiv optisk kommunikation. Disse samme chips kan også muliggøre avancerede LiDAR-systemer, kompakte kvanteenheder, ekstremt præcise optiske ure og bærbare spektrometre.

“Dette handler om at bringe laboratoriekvalitet lyskilder ind i virkelige enheder. Hvis du kan gøre dem kraftfulde, effektive og små nok, kan du placere dem næsten hvor som helst.”

– Gil-Molina

Swipe to scroll →

Investering i Laserteknologi

En global leder inden for fotonik og laserteknologier, Coherent Corp. (COHR ) producerer halvleder laserdiode og højtydende optiske komponenter.

Med sin kerneforretning centreret omkring udvikling og fremstilling af fotonik-baserede løsninger, som er kritiske i nutidens æra af avanceret computing og dataoverførsel, har Coherent etableret sig som en dominerende kraft i den optiske kommunikationsindustri og besidder en stærk markedsandel. 

Dens segmenter omfatter Networking, som udnytter deres sammensatte halvlederteknologi til at levere komponenter og delsystemer; Materials omfatter optoelektroniske enheder baseret på siliciumkarbid (SiC), galliumantimonid (GaSb), galliumarsenid (GaAs), indiumfosfid (InP), zinkselenid (ZnSe) og zinksulfid (ZnS); og Lasers-segmentet betjener industrielle kunder inden for halvleder, præcisionsfremstilling, rumfart & forsvar samt andre gennem deres laser- og optikprodukter.

Coherent Corp. (COHR )

Med sit brede udvalg af innovative fotonik-baserede produkter kan Coherent tilbyde tilpassede og end-to-end løsninger til sine kunder samt betjene AI-infrastrukturens skaleringsbehov.

Det strategiske fokus på AI-markedet positionerer Coherent som en potentiel stor fordelagtig aktør i den fortsatte AI-vækst. Dette er et supplement til den stigende efterspørgsel efter højtydende optiske komponenter. Men samtidig står virksomheden over for udfordringer fra øget konkurrence både i AI- og optisk kommunikationssektoren.

Når det gælder Coherents markedspræstation, nyder den en bullish periode, ligesom det brede aktiemarked. Op 29,16 % i år indtil videre, handles COHR-aktierne i øjeblikket til $123,70, på tidspunktet for skrivning – en ny rekordhøj (ATH), der giver virksomhedens markedsværdi $19,20 milliarder.

I april faldt COHR-aktierne til $50, da aktiemarkedet oplevede en korrektion, og siden da er Coherents aktier steget med omkring 146 %. For blot to år siden handlede COHR under $30, hvilket repræsenterer en stærk genopretning.

Med dette leverer virksomheden en EPS (TTM) på -0,62 og en P/E (TTM) på -198,72.

Hvad angår Coherents finansielle position, rapporterede den en rekordomsætning på $1,53 milliarder for fjerde kvartal, der sluttede den 30. juni 2025. GAAP bruttoavance i perioden var 35,7 % og GAAP nettotab var $0,83 pr. udvandet aktie, mens på non-GAAP-basis var bruttoavancen 38,1 % og nettoindkomsten pr. udvandet aktie var $1,00.

For hele regnskabsåret 2025 var omsætningen også en rekord på $5,81 milliarder. GAAP bruttoavance var 35,2 % og GAAP nettotab var $0,52 pr. udvandet aktie, mens non-GAAP bruttoavance var 37,9 % og nettoindkomsten pr. udvandet aktie $3,53.

“Vi leverede et stærkt regnskabsår 2025 med en omsætningsvækst på 23 % og en non-GAAP EPS-udvidelse på 191 %. Vi mener, at vi er godt positioneret til fortsat at drive stærk omsætnings- og profitvækst på lang sigt, givet vores eksponering for nøglevækstdrivere såsom AI-datacentre.”

I løbet af dette kvartal begyndte virksomheden at sende sine 1,6T transceiver-produkter, hvilket muliggør højtydende AI-datacenterapplikationer. Et nyt diamant SiC-kompositmateriale blev også introduceret til avanceret køling af disse datacentre.

Desuden så Coherent sin første indtægt fra Optical Circuit Switch (OCS) og introducerede excimer-laserplatformen, som er blevet opdateret til højtemperaturproduktion af superlederbånd til fremtidig energiteknologi, såsom fusion.

I de seneste par uger har Coherent frigivet flere nye produkter, herunder en hel serie af quad-channel IC’er, der muliggør mere effektive og hurtigere optiske transceivere til AI og cloud, branchens første QSFP28 Dual Laser 100G ZR-løsning for at maksimere kapaciteten på eksisterende fiberinfrastruktur, og højtydende 400 mW CW-lasere til at opfylde de krævende krav til co-packaged optics og silicium-fotonik applikationer.

For nylig demonstrerede Coherent deres næste generations 2D VCSEL- og fotodiode (PD)-arrays for at imødekomme den stigende datatrafik i moderne datacentre.

Et par uger siden indgik Coherent amendmenter, som inkluderer refinansiering af eksisterende revolverende kreditforpligtelser og en forøgelse af den samlede facilitet til $700 millioner, i forbindelse med deres kredit-aftale med JPMorgan Chase Bank (JPM ) og andre långivere, hvilket forbedrer virksomhedens likviditet og finansielle fleksibilitet til at støtte drift og vækst.

Konklusion

Columbia University har gjort en ingeniørmæssig præstation, der viser, hvordan uventede øjeblikke i videnskaben kan føre til endnu større og bedre opdagelser med evnen til at omdefinere hele felter. Ved at omdanne en enkelt rodet stråle til dusinvis af kraftfulde, stabile lyskanaler har holdet lagt grundlaget for næste generation af optiske systemer.

Fra revolutionerende LiDAR og miniaturisering af kvanteenheder til at øge kapaciteten i AI-drevne datacentre, repræsenterer denne teknologi et stort skridt i fotonik-integration. Og efterhånden som verden bevæger sig mod hurtigere, mere energieffektive kommunikationssystemer, kan kompakte frekvenskæde-chips danne grundlaget for fremtidig computerinfrastruktur.

Klik her for at lære alt om investering i kunstig intelligens.

Referencer

1. Gil-Molina, A., Antman, Y., Westreich, O., et al. (2025). High-power electrically pumped microcombs. Nature Photonics, 19(10), 873–879. Udgivet 7. oktober 2025. https://doi.org/10.1038/s41566-025-01769-z

Forskere fra Columbia Engineering har skabt en ny chip, der kan omdanne en laser til en “frekvenskæde”, og generere flere kraftfulde lyskanaler på samme tid.

Ved at udnytte en speciel låsemekanisme rensede forskerne den rodet laserlys og opnåede laboratoriekvalitet på en lille silicium-enhed. Denne præstation kan betydeligt forbedre datacenterets effektivitet og drive innovation inden for LiDAR, sensing og kvanteteknologi.

Microcombs Formindsker Laboratoriekvalitet til en Chip 

Forskerne skabte den højtydende microcomb-enhed for at forbedre LiDAR (Light Detection and Ranging) teknologi.

LiDAR er en fjernmålings-teknologi, der bruger pulseret laserlys til at beregne afstande og skabe højopløselige 3D-modeller af miljøet. Den fungerer som radar, men bruger lys i stedet for lyd.

Systemet udsender laserpulser og måler deres tilbagekomst for at beregne præcise afstande til objekter og spore bevægelse i realtid.

Bestående af en laser, en scanner og en specialiseret GPS-modtager, et LiDAR-instrument genererer en detaljeret ‘punkt-sky’ af data, som derefter bruges til at skabe 3D-kort til anvendelser som autonom kørsel, miljøovervågning, kortlægning og arkæologi.

Teknologien blev opfundet allerede i 1960’erne, oprindeligt anvendt i meteorologi, havovervågning og topografisk kortlægning, før dens brug blev udvidet til rummet af NASA. I 2010’erne begyndte kommercielle biler at anvende LiDAR, og siden da er bil-LiDAR blevet meget populær i high-end elektriske biler.

I takt med den voksende anvendelse af LiDAR har forskerne konstant arbejdet på at forbedre teknologien. Mange spændende innovationer inden for laserteknologi er integreret med avanceret optik, hvilket muliggør yderligere miniaturisering og holder løftet om en langsigtet fremtid for LiDAR-systemer.

Fokus for forskerne fra Columbia University School of Engineering and Applied Science var at finde en måde at frigøre højere effekt og spektral renhed fra kompakte lasersystemer for at muliggøre chip-skala frekvenskæde-generering for at forbedre kommunikation, sensing, spektroskopi, LiDAR og andre integrerede fotoniske anvendelser.

Så har de skabt en microcomb, en miniature fotonisk enhed, der producerer en række jævnt fordelte optiske frekvenser, som tænderne på en kam, på en chip.

Disse integrerede miniature frekvenskæder har potentialet til at reducere størrelsen af komplekse systemer, der traditionelt kræves til sådanne anvendelser. Derfor er integrerede microcombs lovende for mange anvendelser, der kræver høj udgangseffekt, lille fodaftryk og høj effektivitet, såsom spektroskopi, sensing og datakommunikation.

For nylig har forskerne demonstreret elektrisk pumpede microcombs gennem integration af forstærkningschips (semikonduktorelementer) med førsteklasses resonatorer. Men deres samlede optiske effekt er stadig meget lavere end hvad praktiske løsninger kræver.

Denne begrænsning er blevet adresseret af Columbia-forskere, som demonstrerede højtydende elektrisk pumpede Kerr-frekvens microcombs. 

Fra ‘Rodede’ Dioder til Rene Microcombs

Interessant nok var dette en tilfældig opdagelse. For et par år siden arbejdede forskere i laboratoriet hos medforfatteren Michal Lipson, en Eugene Higgins professor i elektroteknik og professor i anvendt fysik, var de i gang med et projekt for at forbedre LiDAR-kapaciteter da de bemærkede noget utroligt.

De designede højtydende chips, der kunne generere lysere stråler, og “da vi sendte mere og mere effekt gennem chippen, bemærkede vi, at den skabte det, vi kalder en frekvenskæde,” sagde Andres Gil-Molina, en tidligere postdoc-forsker i Lipsons laboratorium og nuværende hovedingeniør hos Xscape Photonics.

En frekvenskæde er et spektrum bestående af diskrete og regelmæssigt placerede spektrallinjer. Det betyder, at denne specielle type lys indeholder forskellige farver, der er placeret ved siden af hinanden på en ordnet måde, som man ser i en regnbue.

Her skinner dusinvis af lysfrekvenser. Men mellemrum mellem disse forskellige farver eller frekvenser forbliver mørke. Så når man ser på disse forskellige lyse frekvenser på et spektrogram, ligner de spidser eller tænder på en kam, deraf navnet.

Da forskellige farver af lys ikke interfererer med hinanden, fungerer hver tand som sin egen kanal, hvilket giver en utrolig mulighed for at sende flere datastrømme samtidigt.

Selvom det er yderst gavnligt, kræver oprettelsen af en kraftfuld frekvenskæde store og dyre lasere og forstærkere. 

Udgivet i Nature Photonics¹, beskriver artiklen hvordan det samme kan gøres på en enkelt chip. 

“Den teknologi, vi har udviklet, tager en meget kraftfuld laser og omdanner den til dusinvis af rene, højtydende kanaler på en chip. Det betyder, at du kan erstatte rack af individuelle lasere med én kompakt enhed, reducere omkostninger, spare plads og åbne døren til meget hurtigere, mere energieffektive systemer.”

– Gil-Molina

Dette forskningsarbejde kan ikke kun opfylde den enorme efterspørgsel fra datacentre efter kraftfulde og effektive lyskilder med mange bølgelængder, men det markerer også en milepæl i teamets mission om at fremme silicium-fotonik.

Silicium-fotonik, kendt for at muliggøre betydeligt hurtigere dataoverførsel, mens den bruger mindre strøm og genererer mindre varme end traditionelle elektroniske kredsløb, har fundet anvendelser i højhastigheds-datacentre, AI, LiDAR, kvanteteknologier, IoT og 5G.

Silicium-fotonik integrerer lysbaserede komponenter på en siliciumchip ved hjælp af standard CMOS-fremstillingsprocesser for at skabe fotonisk integrerede kredsløb (PICs). Den bruger silicon-on-insulator (SOI) wafere som den semikonduktive platform til at danne bølgeledere og andre komponenter, der guider lys for hurtigere, mere energieffektiv kommunikation og mindre, mere omkostningseffektive enheder.

“Efterhånden som denne teknologi bliver stadig mere central for kritisk infrastruktur og vores daglige liv, er denne form for fremskridt afgørende for at sikre, at datacentre er så effektive som muligt.”

– Lipson

Hvordan Selvinjektion Låsing Renset og Multiplicerer Lys

Hvad er den mest kraftfulde laser, der kan placeres på en chip? Dette spørgsmål førte forskerne til deres gennembrud.

Columbia-holdet valgte en multimode laserdiode. En laserdiode (LD) er en semikonduktorenhed, der producerer enkeltfarvet lys ved en specifik bølgelængde. Multimode laserdiode, også kaldet Broad Area Lasers (BALs), leverer højere effektudgange og er ideelle, når høj optisk effekt er påkrævet, og strålekvaliteten er mindre kritisk.

Disse enheder producerer en bredere stråle, hvilket reducerer strålekvaliteten, men øger effekt-tætheden. Multimode laserdiode anvendes bredt i applikationer såsom medicinsk udstyr, trykning og billeddannelse, samt laser-skæreværktøjer. 

Selvom de producerer enorme mængder lys, er strålen fra disse lasere “rodet”, hvilket gør det svært at anvende dem til præcise applikationer. 

Integration af en multimode laserdiode i en silicium-fotonik chip, hvor lysvejene kun er så brede som få mikrometer (μm) eller endda hundredevis af nanometer (nm), kræver dog omhyggelig ingeniørkunst.

For at rense denne kraftfulde, men meget støjende lyskilde, brugte holdet en låsemekanisme.

Selvinjektion låsning blev anvendt i den ikke-lineære regime for at generere høj on-chip effekt kombinationer og samtidig rense koherensen af pumpkilden.

Injektion låsning er den frekvenseffekt, der kan forekomme, når en oscillator forstyrres af en anden oscillator, der opererer ved en nærliggende frekvens. Når frekvenserne er tæt nok, og koblingen er stærk, kan den anden oscillator fange den første, så den i praksis får samme frekvens som den anden oscillator.

Denne teknik anvendes primært på kontinuerlige bølge (CW) enkeltfrekvens laserkilder, når en høj effektudgang er påkrævet, kombineret med meget lav intensitetsstøj og fase-støj.

Den bygger på silicium-fotonik til at omforme og rense laserens output, hvilket genererer en mere stabil og renere stråle, kaldet høj koherens. Når lyset er renset, overtager de ikke-lineære optiske egenskaber i chippen, som splitter den enkelt kraftfulde stråle i dusinvis af farver, der er jævnt fordelt, hvilket er det væsentlige kendetegn ved en frekvenskæde.

Den resulterende kompakte, høj-effektive lyskilde kombinerer en industriel lasers rå effekt med den stabilitet og præcision, der kræves til avanceret kommunikation og sensing.

Den lav-koherente kilde blev integreret med høj udgangseffekt og silicium-nitrid ring resonatorer. Resonatorerne er designet med normal gruppehastighedsdispersion, hvilket betyder, at hastigheden falder, når den optiske frekvens stiger. Dette sker, når længere lysbølgelængder bevæger sig hurtigere end kortere bølgelængder i et medium, hvilket får optiske pulser til at sprede sig over tid.

Microcombene, som holdet skabte, nåede samlede on-chip effektniveauer på op til 158 mW. Kombinationslinjerne havde imidlertid en indre linewidth på 200 kHz. Forskerne viste også mere end dobbelt så mange kombinationslinjer, der oversteg 100 μW og et størrelsesorden højere on-chip effektniveau end nogen tidligere rapporterede resultater.

“Vores nye elektrisk pumpede microcomb-kilde har den størrelse, effekt og linewidth, der kræves til datakommunikation, og kan have en stærk indvirkning på andre områder såsom højtydende computing og udbredte enheder til spektral-sensing og tidsmåling.” 

Gennembruddet kommer på et tidspunkt, hvor AI-boomet forårsager en eksplosion i efterspørgslen efter datacenterkapacitet. Dette lægger pres på deres infrastruktur, som kæmper med at flytte information hurtigt. Som følge heraf bygger virksomheder AI-specialiseret infrastruktur for at håndtere de massive beregningskrav til træning og kørsel af store AI-modeller. 

Allerede anvendes fiberoptiske forbindelser af avancerede datacentre til at transportere data, men selv de er afhængige af enkeltbølgelængde-lasere.

Ved at have dusinvis af stråler, der kører parallelt gennem den samme enkeltfiber, i stedet for én stråle, der kun bærer én datastrøm, kan frekvenskæder dramatisk forbedre datacentrenes kapacitet.

Dette samme princip lå bag WDM, eller wavelength-division multiplexing, en fiberoptisk teknologi der sender flere datastrømme samtidigt over en enkelt optisk fiber ved at tildele hver strøm en unik lysbølgelængde, hvilket signifikant øger datakapaciteten og  muliggør højere båndbredde. WDM hjalp internettet med at blive et globalt højhastighedsnetværk i slutningen af 1990’erne.

Nu laver Lipsons team højtydende, flerbølgelængde-kæder, så små at de kan passe direkte på en chip. Denne præstation vil gøre det muligt at introducere denne kapabilitet i de dele af moderne computersystemer der er kompakte og dyre.

På denne måde kan chippen ændre, hvordan datacentre fungerer ved at strømline måden, information overføres og behandles på, påvirke designet af næste generations datacentre og mange andre enheder, der er afhængige af effektiv optisk kommunikation. Disse samme chips kan også muliggøre avancerede LiDAR-systemer, kompakte kvanteenheder, ekstremt præcise optiske ure og bærbare spektrometre.

“Dette handler om at bringe laboratoriekvalitet lyskilder ind i virkelige enheder. Hvis du kan gøre dem kraftfulde, effektive og små nok, kan du placere dem næsten hvor som helst.”

– Gil-Molina

Swipe to scroll →

Investering i Laserteknologi

En global leder inden for fotonik og laserteknologier, Coherent Corp. (COHR ) producerer halvleder laserdiode og højtydende optiske komponenter.

Med sin kerneforretning centreret omkring udvikling og fremstilling af fotonik-baserede løsninger, som er kritiske i nutidens æra af avanceret computing og dataoverførsel, har Coherent etableret sig som en dominerende kraft i den optiske kommunikationsindustri og besidder en stærk markedsandel. 

Dens segmenter omfatter Networking, som udnytter deres sammensatte halvlederteknologi til at levere komponenter og delsystemer; Materials omfatter optoelektroniske enheder baseret på siliciumkarbid (SiC), galliumantimonid (GaSb), galliumarsenid (GaAs), indiumfosfid (InP), zinkselenid (ZnSe) og zinksulfid (ZnS); og Lasers-segmentet betjener industrielle kunder inden for halvleder, præcisionsfremstilling, rumfart & forsvar samt andre gennem deres laser- og optikprodukter.

Coherent Corp. (COHR )

Med sit brede udvalg af innovative fotonik-baserede produkter kan Coherent tilbyde tilpassede og end-to-end løsninger til sine kunder samt betjene AI-infrastrukturens skaleringsbehov.

Det strategiske fokus på AI-markedet positionerer Coherent som en potentiel stor fordelagtig aktør i den fortsatte AI-vækst. Dette er et supplement til den stigende efterspørgsel efter højtydende optiske komponenter. Men samtidig står virksomheden over for udfordringer fra øget konkurrence både i AI- og optisk kommunikationssektoren.

Når det gælder Coherents markedspræstation, nyder den en bullish periode, ligesom det brede aktiemarked. Op 29,16 % i år indtil videre, handles COHR-aktierne i øjeblikket til $123,70, på tidspunktet for skrivning – en ny rekordhøj (ATH), der giver virksomhedens markedsværdi $19,20 milliarder.

I april faldt COHR-aktierne til $50, da aktiemarkedet oplevede en korrektion, og siden da er Coherents aktier steget med omkring 146 %. For blot to år siden handlede COHR under $30, hvilket repræsenterer en stærk genopretning.

Med dette leverer virksomheden en EPS (TTM) på -0,62 og en P/E (TTM) på -198,72.

Hvad angår Coherents finansielle position, rapporterede den en rekordomsætning på $1,53 milliarder for fjerde kvartal, der sluttede den 30. juni 2025. GAAP bruttoavance i perioden var 35,7 % og GAAP nettotab var $0,83 pr. udvandet aktie, mens på non-GAAP-basis var bruttoavancen 38,1 % og nettoindkomsten pr. udvandet aktie var $1,00.

For hele regnskabsåret 2025 var omsætningen også en rekord på $5,81 milliarder. GAAP bruttoavance var 35,2 % og GAAP nettotab var $0,52 pr. udvandet aktie, mens non-GAAP bruttoavance var 37,9 % og nettoindkomsten pr. udvandet aktie $3,53.

“Vi leverede et stærkt regnskabsår 2025 med en omsætningsvækst på 23 % og en non-GAAP EPS-udvidelse på 191 %. Vi mener, at vi er godt positioneret til fortsat at drive stærk omsætnings- og profitvækst på lang sigt, givet vores eksponering for nøglevækstdrivere såsom AI-datacentre.”

I løbet af dette kvartal begyndte virksomheden at sende sine 1,6T transceiver-produkter, hvilket muliggør højtydende AI-datacenterapplikationer. Et nyt diamant SiC-kompositmateriale blev også introduceret til avanceret køling af disse datacentre.

Desuden så Coherent sin første indtægt fra Optical Circuit Switch (OCS) og introducerede excimer-laserplatformen, som er blevet opdateret til højtemperaturproduktion af superlederbånd til fremtidig energiteknologi, såsom fusion.

I de seneste par uger har Coherent frigivet flere nye produkter, herunder en hel serie af quad-channel IC’er, der muliggør mere effektive og hurtigere optiske transceivere til AI og cloud, branchens første QSFP28 Dual Laser 100G ZR-løsning for at maksimere kapaciteten på eksisterende fiberinfrastruktur, og højtydende 400 mW CW-lasere til at opfylde de krævende krav til co-packaged optics og silicium-fotonik applikationer.

For nylig demonstrerede Coherent deres næste generations 2D VCSEL- og fotodiode (PD)-arrays for at imødekomme den stigende datatrafik i moderne datacentre.

Et par uger siden indgik Coherent amendmenter, som inkluderer refinansiering af eksisterende revolverende kreditforpligtelser og en forøgelse af den samlede facilitet til $700 millioner, i forbindelse med deres kredit-aftale med JPMorgan Chase Bank (JPM ) og andre långivere, hvilket forbedrer virksomhedens likviditet og finansielle fleksibilitet til at støtte drift og vækst.

Konklusion

Columbia University har gjort en ingeniørmæssig præstation, der viser, hvordan uventede øjeblikke i videnskaben kan føre til endnu større og bedre opdagelser med evnen til at omdefinere hele felter. Ved at omdanne en enkelt rodet stråle til dusinvis af kraftfulde, stabile lyskanaler har holdet lagt grundlaget for næste generation af optiske systemer.

Fra revolutionerende LiDAR og miniaturisering af kvanteenheder til at øge kapaciteten i AI-drevne datacentre, repræsenterer denne teknologi et stort skridt i fotonik-integration. Og efterhånden som verden bevæger sig mod hurtigere, mere energieffektive kommunikationssystemer, kan kompakte frekvenskæde-chips danne grundlaget for fremtidig computerinfrastruktur.

Klik her for at lære alt om investering i kunstig intelligens.

Referencer

1. Gil-Molina, A., Antman, Y., Westreich, O., et al. (2025). High-power electrically pumped microcombs. Nature Photonics, 19(10), 873–879. Udgivet 7. oktober 2025. https://doi.org/10.1038/s41566-025-01769-z