Les peignes de fréquences à l'échelle de la puce alimentent l'avenir des données

Des chercheurs de Columbia Engineering ont créé une nouvelle puce capable de transformer un laser en un « peigne de fréquences », générant plusieurs canaux lumineux puissants en même temps.

En utilisant un mécanisme de verrouillage spécial, les chercheurs ont nettoyé la lumière laser salissante et obtenu une précision de qualité laboratoire sur un petit appareil en silicium.Cette réalisation peut améliorer considérablement l’efficacité des centres de données et stimuler les innovations dans les domaines du LiDAR, de la détection et de la technologie quantique.

Les micropeignes réduisent la précision de qualité laboratoire sur une puce 

Les chercheurs ont créé un dispositif micropeigne haute puissance pour améliorer la technologie LiDAR (Light Detection and Ranging).

Le LiDAR est une technologie de télédétection qui utilise la lumière laser pulsée pour calculer les distances et créer des modèles 3D haute résolution de l'environnement. Il fonctionne comme un radar, mais utilise la lumière au lieu du son.

Le système émet des impulsions laser et chronomètre leur retour pour mesurer les distances précises par rapport aux objets et suivre les mouvements en temps réel.

Composé d'un laser, d'un scanner et d'un récepteur GPS spécialisé, un LiDAR L'instrument génère un « nuage de points » détaillé de données, qui est ensuite utilisé pour créer des cartes 3D pour des applications telles que la conduite autonome, la surveillance de l'environnement, l'arpentage et l'archéologie.

Cette technologie a été inventée dans les années 1960, initialement appliquée à la météorologie, à la détection océanique et à la cartographie topographique, avant d'être étendue à l'espace par la NASA. Dans les années 2010, les automobiles commerciales ont commencé à utiliser le LiDAR, et depuis, il est devenu très populaire dans les voitures électriques haut de gamme.

Face à l'application croissante du LiDAR, les chercheurs travaillent sans relâche à son amélioration. De nombreuses innovations prometteuses en matière de technologies laser sont intégrées à des optiques avancées, permettant une miniaturisation accrue et prometteuses pour l'avenir à long terme des systèmes LiDAR.

L'objectif des chercheurs de l'École d'ingénierie et de sciences appliquées de l'Université Columbia était de trouver un moyen de libérer une puissance et une pureté spectrale supérieures à partir de systèmes laser compacts pour permettre la génération de peignes de fréquences à l'échelle de la puce. pour améliorer communications, détection, spectroscopie, LiDAR et autres applications photoniques intégrées.

Ils ont donc créé un micropeigne, un dispositif photonique miniature qui produit une série de fréquences optiques régulièrement espacées, comme les dents d'un peigne, sur une puce.

Ces peignes de fréquences miniatures intégrés ont le potentiel de réduire la taille des systèmes complexes traditionnellement requis pour de telles applications. Ainsi, les micropeignes intégrés sont prometteurs pour de nombreuses applications qui nécessitent puissance de sortie élevée, faible encombrement et haute efficacité, tels que la spectroscopie, la détection et les communications de données.

Récemment, des chercheurs ont démontré la capacité de micropeignes à pompage électrique grâce à l'intégration de puces de gain (éléments optiques semi-conducteurs) à des résonateurs de pointe. Cependant, leur puissance optique globale reste bien inférieure aux besoins des solutions pratiques.

Cette limitation a été adressé par des chercheurs de Columbia qui ont démontré des micropeignes à fréquence Kerr pompés électriquement à haute puissance. 

Des diodes « en désordre » aux micropeignes propres

Il est intéressant de noter qu’il s’agissait d’une découverte accidentelle. Il y a quelques années, des chercheurs du laboratoire du co-auteur Michal Lipson, un Professeur Eugene Higgins de génie électrique et professeur de physique appliquée, nous travaillions sur un projet visant à améliorer les capacités LiDAR quand ils J'ai remarqué quelque chose d'incroyable.

Ils concevaient des puces de haute puissance capables de générer des faisceaux de lumière plus brillants, et « à mesure que nous envoyions de plus en plus de puissance à travers la puce, nous avons remarqué qu'elle créait ce que nous appelons un peigne de fréquences », a déclaré Andres Gil-Molina, ancien chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Lipson et actuellement ingénieur principal chez Xscape Photonics.

Un peigne de fréquences est un spectre composé de raies spectrales discrètes et régulièrement espacées. Cela signifie que ce type particulier de lumière contient différentes couleurs alignées les unes à côté des autres de manière ordonnée, comme dans un arc-en-ciel.

Ici, des dizaines de fréquences lumineuses brillent. Mais les intervalles entre ces différentes couleurs ou fréquences restent sombres. Ainsi, lorsque l’on observe ces différentes fréquences lumineuses sur un spectrogramme, elles ressemblent à des pics ou des dents sur un peigne, d'où le nom.

Étant donné que les différentes couleurs de lumière n’interfèrent pas entre elles, chaque dent agit comme son propre canal, offrant une opportunité incroyable d’envoyer plusieurs flux de données simultanément.

Bien qu’extrêmement bénéfique, la création d’un peigne de fréquences puissant nécessite des lasers et des amplificateurs gros et coûteux. 

Publié dans Nature Photonics¹, le document détaille comment la même chose peut être faite sur une seule puce. 

La technologie que nous avons développée utilise un laser très puissant et le transforme en dizaines de canaux propres et haute puissance sur une puce. Cela signifie que vous pouvez remplacer des racks de lasers individuels par un seul appareil compact, réduisant ainsi les coûts, gagnant de l'espace et ouvrant la voie à des systèmes beaucoup plus rapides et plus économes en énergie.

– Gil-Molina

Non seulement cette recherche peut répondre à l’énorme demande créée par les centres de données pour des sources de lumière puissantes et efficaces contenant de nombreuses longueurs d’onde, mais elle marque également une étape importante dans la mission de l’équipe de faire progresser la photonique sur silicium.

Connu pour permettre un transfert de données nettement plus rapide tout en consommant moins d'énergie et en générant moins de chaleur que les appareils traditionnels Les circuits électroniques et la photonique sur silicium ont trouvé des applications dans les centres de données à haut débit, l'IA, le LiDAR, les technologies quantiques, l'IoT et la 5G.

La photonique sur silicium intègre des composants basés sur la lumière Les circuits photoniques intégrés (PIC) sont fabriqués sur une puce de silicium selon les procédés de fabrication CMOS standard. Des plaquettes de silicium sur isolant (SOI) servent de plateforme semi-conductrice pour former des guides d'ondes et d'autres composants qui guident la lumière, pour des communications plus rapides et plus économes en énergie, et des dispositifs plus compacts et plus économiques.

« Alors que cette technologie devient de plus en plus centrale dans les infrastructures critiques et dans notre vie quotidienne, ce type de progrès est essentiel pour garantir que les centres de données soient aussi efficaces que possible. »

– Lipson

Comment le verrouillage par auto-injection nettoie et multiplie la lumière

Quel est le laser le plus puissant pouvant être intégré à une puce ? Cette question a conduit les chercheurs à leur découverte.

L'équipe de Columbia a choisi une diode laser multimode. Une diode laser (DL) est un dispositif semi-conducteur qui produit une lumière monochrome à une longueur d'onde spécifique. Les diodes laser multimodes, ou lasers à large zone (BAL), offrent des puissances de sortie plus élevées et sont idéales lorsqu'une puissance optique élevée est requise et que la qualité du faisceau est moins critique.

Ces appareils produisent un faisceau plus large, ce qui réduit la qualité du faisceau mais augmente la densité de puissance. Les diodes laser multimodes sont largement utilisées dans des applications telles que dispositifs médicaux, impression et imagerie et outils de découpe laser. 

Bien qu’ils produisent d’énormes quantités de lumière, le faisceau de ces lasers est « désordonné », ce qui rend difficile leur utilisation pour des applications précises. 

Intégration d'une diode laser multimode dans une puce photonique en silicium, où les voies lumineuses ne sont aussi large que juste quelques micromètres (μm) voire des centaines de nanomètres (nm), toutefois, nécessite une ingénierie minutieuse.

Pour purifier cette source de lumière puissante mais très bruyante, l’équipe a utilisé un mécanisme de verrouillage.

Le verrouillage par auto-injection a été utilisé dans le régime non linéaire pour générer des peignes de puissance élevés sur puce et purifier la cohérence de la source de pompage à la fois.

Le verrouillage d'injection est l'effet de fréquence qui peut se produire lorsqu'un oscillateur est perturbé par un deuxième oscillateur fonctionnant à une fréquence proche. Lorsque les fréquences sont suffisamment proches et que le couplage est fort, le deuxième oscillateur peut capturer le premier, ce qui lui donne essentiellement la même fréquence que le deuxième oscillateur.

Cette technique est principalement appliquée aux sources laser à fréquence unique à onde continue (CW) lorsqu'une puissance de sortie élevée est requise, combinant avec un bruit de très faible intensité et bruit de phase.

Il s'appuie sur la photonique sur silicium pour remodeler et nettoyer le sortie du laser, générant un faisceau plus stable et plus propre, qui est appelée haute cohérence. Une fois la lumière purifiée, les propriétés optiques non linéaires de la puce prennent le relais, divisant le faisceau unique et puissant en des dizaines de couleurs qui sont régulièrement espacés, qui est la caractéristique clé d'un peigne de fréquences.

La source lumineuse compacte et à haut rendement qui en résulte combine la puissance brute d'un laser industriel avec la stabilité et la précision requises pour les communications et la détection avancées.

La source à faible cohérence a été intégrée avec une puissance de sortie élevée et des résonateurs annulaires en nitrure de silicium. Les résonateurs sont conçus avec une dispersion de vitesse de groupe normale, ce qui signifie que la vitesse diminue à mesure que la fréquence optique augmente. Ce Cela se produit lorsque des longueurs d'onde lumineuses plus longues se déplacent plus rapidement que des longueurs d'onde plus courtes dans un milieu, ce qui provoque la propagation des impulsions optiques dans le temps.

Les micropeignes créés par l'équipe ont atteint une puissance totale sur puce allant jusqu'à 158 mW. Les lignes du peigne, quant à elles, avaient une largeur de raie intrinsèque de 200 kHz. Les chercheurs aussi montré plus de deux fois le nombre de lignes de peigne incomparable 100 μW et un ordre de grandeur supérieur niveaux de puissance sur puce que tous les résultats précédemment rapportés.

Les chercheurs ont déclaré :

« Notre nouvelle source de micropeignes à pompage électrique possède la taille, la puissance et la largeur de raie requises pour les communications de données et pourrait avoir un impact considérable sur d'autres domaines tels que le calcul haute performance et les dispositifs omniprésents pour les applications de détection spectrale et de chronométrage. » 

Cette percée intervient à un moment où le boom de l'IA provoque une augmentation explosive de la demande de capacité de centre de données. Ce Cela met à rude épreuve leurs infrastructures, qui peinent à transmettre rapidement l'information. Par conséquent, les entreprises développent des infrastructures spécialisées en IA pour gérer les énormes besoins de calcul nécessaires à l'entraînement et à l'exécution de modèles d'IA de grande envergure. 

Déjà, la fibre les liaisons optiques sont être utilisé par des centres de données avancés pour transporter des données, mais même eux dépendent de lasers à longueur d'onde unique.

En ayant des dizaines de poutres Running en parallèle à travers le même Avec une seule fibre, au lieu d'un seul faisceau transportant un seul flux de données, les peignes de fréquences peuvent considérablement améliorer les capacités des centres de données.

Ce même principe était à l’origine du WDM, ou multiplexage par répartition en longueur d’onde, une technologie de fibre optique qui envoie plusieurs flux de données simultanément sur une seule fibre optique en attribuant à chaque flux une longueur d'onde de lumière unique, augmentant considérablement la capacité de données et permettant une bande passante plus élevée. Le WDM a permis à Internet de devenir un réseau mondial à haut débit à la fin des années 1990.

Aujourd’hui, l’équipe de Lipson fabrique des peignes multi-longueurs d’onde de haute puissance si petits qu’ils peuvent être placés directement sur une puce. Cette réalisation sera permettre d'introduire cette capacité en ceux parties des systèmes informatiques modernes qui sont compacts et coûteux.

De cette façon, les puces peuvent changer le fonctionnement des centres de données en rationalisant la manière dont les informations sont transmises et traitées., influençant La conception de centres de données de nouvelle génération et de nombreux autres dispositifs dépendant d'une communication optique performante. Ces mêmes puces pourraient également permettre la création de systèmes LiDAR avancés, de dispositifs quantiques compacts, d'horloges optiques extrêmement précises et de spectromètres portables.

Il s'agit d'intégrer des sources lumineuses de qualité laboratoire à des appareils réels. Si on parvient à les rendre suffisamment puissantes, efficaces et compactes, on peut les installer presque partout.

- Gil-Molina

Glissez pour faire défiler →

Investir dans la technologie laser

Leader mondial des technologies photoniques et laser, Cohérent Corp. (COHR ) produit des diodes laser à semi-conducteurs et des composants optiques hautes performances.

Avec son activité principale axée sur le développement et la fabrication de solutions basées sur la photonique, qui sont essentielles à l'ère actuelle de l'informatique avancée et de la transmission de données, Coherent s'est imposé comme une force dominante dans l'industrie des communications optiques et détient une forte part de marché. 

Ses segments comprennent le réseau, qui exploite sa technologie de semi-conducteurs composés pour fournir des composants et des sous-systèmes, les matériaux comprennent les dispositifs optoélectroniques tels que ceux à base de carbure de silicium (SiC), d'antimoniure de gallium (GaSb), d'arséniure de gallium (GaAs), de phosphure d'indium (InP), de séléniure de zinc (ZnSe) et de sulfure de zinc (ZnS), et le segment Lasers sert les clients industriels des semi-conducteurs, de la fabrication de précision, de l'aérospatiale et de la défense, et d'autres grâce à ses lasers et ses produits optiques.

Cohérent Corp. (COHR )

Grâce à sa large gamme de produits innovants basés sur la photonique, Coherent est en mesure d'offrir des solutions personnalisées et de bout en bout à ses clients ainsi que de répondre aux besoins d'évolutivité de l'infrastructure d'IA.

Son orientation stratégique sur le marché de l’IA positionne Coherent comme un bénéficiaire potentiel majeur de la croissance actuelle de l’IA. Ce Cette acquisition répond à la demande croissante de composants optiques hautes performances. Cependant, l'entreprise est confrontée à une concurrence accrue dans les secteurs de l'IA et des communications optiques.

Si vous préférez La performance boursière de Coherent est en pleine période de hausse, un peu comme le marché boursier au sens large. En hausse de 29.16 % cette année jusqu'à présent, les actions COHR se négocient actuellement à 123.70 $, au moment de la rédaction de cet article - un nouveau record historique (ATH) qui porte la capitalisation boursière de la société à 19.20 milliards de dollars.

En avril, les actions de COHR étaient tombées à 50 $ alors que le marché boursier subissait une correction, et depuis Ensuite, l'action Coherent a progressé d'environ 146 %. Il y a seulement deux ans, COHR se négociait sous les 30 $, ce qui représente une forte reprise.

Avec cela, la société affiche un BPA (TTM) de -0.62 et un P/E (TTM) de -198.72.

En ce qui concerne la situation financière de Coherent, elle a déclaré un chiffre d'affaires record de 1.53 milliard de dollars pour le quatrième trimestre clos le 30 juin 2025. La marge brute GAAP au cours de la période était de 35.7 % et la perte nette GAAP était de 0.83 $ par action diluée, tandis que sur une base non GAAP, sa marge brute était de 38.1 % et le bénéfice net par action diluée était de 1.00 $.

Pour l'ensemble de l'exercice 2025, son chiffre d'affaires a également atteint un record de 5.81 milliards de dollars. La marge brute GAAP était de 35.2 % et la perte nette GAAP de 0.52 $ par action diluée, tandis que la marge brute non GAAP était de 37.9 % et le bénéfice net par action diluée de 3.53 $.

Selon le PDG Jim Anderson :

Nous avons réalisé un excellent exercice 2025, avec une croissance du chiffre d'affaires de 23 % et une progression du BPA non-GAAP de 191 %. Nous pensons être bien positionnés pour poursuivre une forte croissance du chiffre d'affaires et des bénéfices à long terme, grâce à notre exposition à des moteurs de croissance clés tels que les centres de données d'IA.

Au cours de ce trimestre, la société a commencé à expédier ses produits émetteurs-récepteurs 1.6T, permettant des applications de centre de données IA hautes performances. Un nouveau matériau composite diamant SiC a également été introduit pour le refroidissement avancé de ces centres de données.

De plus, Coherent a enregistré ses premiers revenus grâce à Optical Circuit Switch (OCS) et a introduit la plate-forme laser excimer ça a été mis à pour la production à haute température de bandes supraconductrices pour l'énergie émergente la technologie, comme la fusion. 

Au cours des dernières semaines, Coherent a lancé plusieurs nouveaux produits, notamment une série complète de circuits intégrés à quatre canaux permettant des émetteurs-récepteurs optiques plus efficaces et plus rapides pour l'IA et le cloud, la première solution QSFP28 Dual Laser 100G ZR du secteur pour maximiser la capacité sur l'infrastructure fibre existante, et des lasers à onde continue haute puissance de 400 mW pour répondre aux exigences exigeantes des applications d'optique co-packagées et de photonique sur silicium.

Récemment, Coherent a présenté ses matrices de photodiodes (PD) et de VCSEL 2D de nouvelle génération pour répondre aux demandes croissantes de trafic de données dans les centres de données modernes.

Il y a quelques semaines, Coherent a conclu des amendements, qui comprennent le refinancement des engagements de crédit renouvelable existants et l'augmentation de la facilité totale à 700 millions de dollars., à son accord de crédit avec Banque JPMorgan Chase (JPM ) et d'autres prêteurs, améliorant la liquidité et la flexibilité financière de l'entreprise pour soutenir les opérations et la croissance.

Conclusion

L'Université de Columbia a LES PLANTES une ingénierie réalisation, montrant comment des moments inattendus dans la science peuvent conduire à encore plus grand et meilleur découvertes avec le aptitude pour redéfinir des domaines entiers. En transformant un seul faisceau désordonné en des dizaines de canaux lumineux puissants et stables,L’équipe a jeté les bases de la prochaine génération de systèmes optiques.

Dès révolutionner le LiDAR et réduire la taille des dispositifs quantiques Pour accroître la capacité des centres de données pilotés par l'IA, cette technologie représente une avancée majeure dans l'intégration de la photonique. Alors que le monde évolue vers des systèmes de communication plus rapides et plus économes en énergie, les solutions compactesLes puces à peigne de fréquence pourraient constituer la base de l’infrastructure informatique future.

Cliquez ici pour tout savoir sur l’investissement dans l’intelligence artificielle.

Références

1. Gil-Molina, A., Antman, Y., Westreich, O., et al. (2025). Micropeignes à pompage électrique haute puissance. Nature Photonics, 19(10), 873–879. Publié le 7 octobre 2025. https://doi.org/10.1038/s41566-025-01769-z

Des chercheurs de Columbia Engineering ont créé une nouvelle puce capable de transformer un laser en un « peigne de fréquences », générant plusieurs canaux lumineux puissants en même temps.

En utilisant un mécanisme de verrouillage spécial, les chercheurs ont nettoyé la lumière laser salissante et obtenu une précision de qualité laboratoire sur un petit appareil en silicium.Cette réalisation peut améliorer considérablement l’efficacité des centres de données et stimuler les innovations dans les domaines du LiDAR, de la détection et de la technologie quantique.

Les micropeignes réduisent la précision de qualité laboratoire sur une puce 

Les chercheurs ont créé un dispositif micropeigne haute puissance pour améliorer la technologie LiDAR (Light Detection and Ranging).

Le LiDAR est une technologie de télédétection qui utilise la lumière laser pulsée pour calculer les distances et créer des modèles 3D haute résolution de l'environnement. Il fonctionne comme un radar, mais utilise la lumière au lieu du son.

Le système émet des impulsions laser et chronomètre leur retour pour mesurer les distances précises par rapport aux objets et suivre les mouvements en temps réel.

Composé d'un laser, d'un scanner et d'un récepteur GPS spécialisé, un LiDAR L'instrument génère un « nuage de points » détaillé de données, qui est ensuite utilisé pour créer des cartes 3D pour des applications telles que la conduite autonome, la surveillance de l'environnement, l'arpentage et l'archéologie.

Cette technologie a été inventée dans les années 1960, initialement appliquée à la météorologie, à la détection océanique et à la cartographie topographique, avant d'être étendue à l'espace par la NASA. Dans les années 2010, les automobiles commerciales ont commencé à utiliser le LiDAR, et depuis, il est devenu très populaire dans les voitures électriques haut de gamme.

Face à l'application croissante du LiDAR, les chercheurs travaillent sans relâche à son amélioration. De nombreuses innovations prometteuses en matière de technologies laser sont intégrées à des optiques avancées, permettant une miniaturisation accrue et prometteuses pour l'avenir à long terme des systèmes LiDAR.

L'objectif des chercheurs de l'École d'ingénierie et de sciences appliquées de l'Université Columbia était de trouver un moyen de libérer une puissance et une pureté spectrale supérieures à partir de systèmes laser compacts pour permettre la génération de peignes de fréquences à l'échelle de la puce. pour améliorer communications, détection, spectroscopie, LiDAR et autres applications photoniques intégrées.

Ils ont donc créé un micropeigne, un dispositif photonique miniature qui produit une série de fréquences optiques régulièrement espacées, comme les dents d'un peigne, sur une puce.

Ces peignes de fréquences miniatures intégrés ont le potentiel de réduire la taille des systèmes complexes traditionnellement requis pour de telles applications. Ainsi, les micropeignes intégrés sont prometteurs pour de nombreuses applications qui nécessitent puissance de sortie élevée, faible encombrement et haute efficacité, tels que la spectroscopie, la détection et les communications de données.

Récemment, des chercheurs ont démontré la capacité de micropeignes à pompage électrique grâce à l'intégration de puces de gain (éléments optiques semi-conducteurs) à des résonateurs de pointe. Cependant, leur puissance optique globale reste bien inférieure aux besoins des solutions pratiques.

Cette limitation a été adressé par des chercheurs de Columbia qui ont démontré des micropeignes à fréquence Kerr pompés électriquement à haute puissance. 

Des diodes « en désordre » aux micropeignes propres

Il est intéressant de noter qu’il s’agissait d’une découverte accidentelle. Il y a quelques années, des chercheurs du laboratoire du co-auteur Michal Lipson, un Professeur Eugene Higgins de génie électrique et professeur de physique appliquée, nous travaillions sur un projet visant à améliorer les capacités LiDAR quand ils J'ai remarqué quelque chose d'incroyable.

Ils concevaient des puces de haute puissance capables de générer des faisceaux de lumière plus brillants, et « à mesure que nous envoyions de plus en plus de puissance à travers la puce, nous avons remarqué qu'elle créait ce que nous appelons un peigne de fréquences », a déclaré Andres Gil-Molina, ancien chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Lipson et actuellement ingénieur principal chez Xscape Photonics.

Un peigne de fréquences est un spectre composé de raies spectrales discrètes et régulièrement espacées. Cela signifie que ce type particulier de lumière contient différentes couleurs alignées les unes à côté des autres de manière ordonnée, comme dans un arc-en-ciel.

Ici, des dizaines de fréquences lumineuses brillent. Mais les intervalles entre ces différentes couleurs ou fréquences restent sombres. Ainsi, lorsque l’on observe ces différentes fréquences lumineuses sur un spectrogramme, elles ressemblent à des pics ou des dents sur un peigne, d'où le nom.

Étant donné que les différentes couleurs de lumière n’interfèrent pas entre elles, chaque dent agit comme son propre canal, offrant une opportunité incroyable d’envoyer plusieurs flux de données simultanément.

Bien qu’extrêmement bénéfique, la création d’un peigne de fréquences puissant nécessite des lasers et des amplificateurs gros et coûteux. 

Publié dans Nature Photonics¹, le document détaille comment la même chose peut être faite sur une seule puce. 

La technologie que nous avons développée utilise un laser très puissant et le transforme en dizaines de canaux propres et haute puissance sur une puce. Cela signifie que vous pouvez remplacer des racks de lasers individuels par un seul appareil compact, réduisant ainsi les coûts, gagnant de l'espace et ouvrant la voie à des systèmes beaucoup plus rapides et plus économes en énergie.

– Gil-Molina

Non seulement cette recherche peut répondre à l’énorme demande créée par les centres de données pour des sources de lumière puissantes et efficaces contenant de nombreuses longueurs d’onde, mais elle marque également une étape importante dans la mission de l’équipe de faire progresser la photonique sur silicium.

Connu pour permettre un transfert de données nettement plus rapide tout en consommant moins d'énergie et en générant moins de chaleur que les appareils traditionnels Les circuits électroniques et la photonique sur silicium ont trouvé des applications dans les centres de données à haut débit, l'IA, le LiDAR, les technologies quantiques, l'IoT et la 5G.

La photonique sur silicium intègre des composants basés sur la lumière Les circuits photoniques intégrés (PIC) sont fabriqués sur une puce de silicium selon les procédés de fabrication CMOS standard. Des plaquettes de silicium sur isolant (SOI) servent de plateforme semi-conductrice pour former des guides d'ondes et d'autres composants qui guident la lumière, pour des communications plus rapides et plus économes en énergie, et des dispositifs plus compacts et plus économiques.

« Alors que cette technologie devient de plus en plus centrale dans les infrastructures critiques et dans notre vie quotidienne, ce type de progrès est essentiel pour garantir que les centres de données soient aussi efficaces que possible. »

– Lipson

Comment le verrouillage par auto-injection nettoie et multiplie la lumière

Quel est le laser le plus puissant pouvant être intégré à une puce ? Cette question a conduit les chercheurs à leur découverte.

L'équipe de Columbia a choisi une diode laser multimode. Une diode laser (DL) est un dispositif semi-conducteur qui produit une lumière monochrome à une longueur d'onde spécifique. Les diodes laser multimodes, ou lasers à large zone (BAL), offrent des puissances de sortie plus élevées et sont idéales lorsqu'une puissance optique élevée est requise et que la qualité du faisceau est moins critique.

Ces appareils produisent un faisceau plus large, ce qui réduit la qualité du faisceau mais augmente la densité de puissance. Les diodes laser multimodes sont largement utilisées dans des applications telles que dispositifs médicaux, impression et imagerie et outils de découpe laser. 

Bien qu’ils produisent d’énormes quantités de lumière, le faisceau de ces lasers est « désordonné », ce qui rend difficile leur utilisation pour des applications précises. 

Intégration d'une diode laser multimode dans une puce photonique en silicium, où les voies lumineuses ne sont aussi large que juste quelques micromètres (μm) voire des centaines de nanomètres (nm), toutefois, nécessite une ingénierie minutieuse.

Pour purifier cette source de lumière puissante mais très bruyante, l’équipe a utilisé un mécanisme de verrouillage.

Le verrouillage par auto-injection a été utilisé dans le régime non linéaire pour générer des peignes de puissance élevés sur puce et purifier la cohérence de la source de pompage à la fois.

Le verrouillage d'injection est l'effet de fréquence qui peut se produire lorsqu'un oscillateur est perturbé par un deuxième oscillateur fonctionnant à une fréquence proche. Lorsque les fréquences sont suffisamment proches et que le couplage est fort, le deuxième oscillateur peut capturer le premier, ce qui lui donne essentiellement la même fréquence que le deuxième oscillateur.

Cette technique est principalement appliquée aux sources laser à fréquence unique à onde continue (CW) lorsqu'une puissance de sortie élevée est requise, combinant avec un bruit de très faible intensité et bruit de phase.

Il s'appuie sur la photonique sur silicium pour remodeler et nettoyer le sortie du laser, générant un faisceau plus stable et plus propre, qui est appelée haute cohérence. Une fois la lumière purifiée, les propriétés optiques non linéaires de la puce prennent le relais, divisant le faisceau unique et puissant en des dizaines de couleurs qui sont régulièrement espacés, qui est la caractéristique clé d'un peigne de fréquences.

La source lumineuse compacte et à haut rendement qui en résulte combine la puissance brute d'un laser industriel avec la stabilité et la précision requises pour les communications et la détection avancées.

La source à faible cohérence a été intégrée avec une puissance de sortie élevée et des résonateurs annulaires en nitrure de silicium. Les résonateurs sont conçus avec une dispersion de vitesse de groupe normale, ce qui signifie que la vitesse diminue à mesure que la fréquence optique augmente. Ce Cela se produit lorsque des longueurs d'onde lumineuses plus longues se déplacent plus rapidement que des longueurs d'onde plus courtes dans un milieu, ce qui provoque la propagation des impulsions optiques dans le temps.

Les micropeignes créés par l'équipe ont atteint une puissance totale sur puce allant jusqu'à 158 mW. Les lignes du peigne, quant à elles, avaient une largeur de raie intrinsèque de 200 kHz. Les chercheurs aussi montré plus de deux fois le nombre de lignes de peigne incomparable 100 μW et un ordre de grandeur supérieur niveaux de puissance sur puce que tous les résultats précédemment rapportés.

Les chercheurs ont déclaré :

« Notre nouvelle source de micropeignes à pompage électrique possède la taille, la puissance et la largeur de raie requises pour les communications de données et pourrait avoir un impact considérable sur d'autres domaines tels que le calcul haute performance et les dispositifs omniprésents pour les applications de détection spectrale et de chronométrage. » 

Cette percée intervient à un moment où le boom de l'IA provoque une augmentation explosive de la demande de capacité de centre de données. Ce Cela met à rude épreuve leurs infrastructures, qui peinent à transmettre rapidement l'information. Par conséquent, les entreprises développent des infrastructures spécialisées en IA pour gérer les énormes besoins de calcul nécessaires à l'entraînement et à l'exécution de modèles d'IA de grande envergure. 

Déjà, la fibre les liaisons optiques sont être utilisé par des centres de données avancés pour transporter des données, mais même eux dépendent de lasers à longueur d'onde unique.

En ayant des dizaines de poutres Running en parallèle à travers le même Avec une seule fibre, au lieu d'un seul faisceau transportant un seul flux de données, les peignes de fréquences peuvent considérablement améliorer les capacités des centres de données.

Ce même principe était à l’origine du WDM, ou multiplexage par répartition en longueur d’onde, une technologie de fibre optique qui envoie plusieurs flux de données simultanément sur une seule fibre optique en attribuant à chaque flux une longueur d'onde de lumière unique, augmentant considérablement la capacité de données et permettant une bande passante plus élevée. Le WDM a permis à Internet de devenir un réseau mondial à haut débit à la fin des années 1990.

Aujourd’hui, l’équipe de Lipson fabrique des peignes multi-longueurs d’onde de haute puissance si petits qu’ils peuvent être placés directement sur une puce. Cette réalisation sera permettre d'introduire cette capacité en ceux parties des systèmes informatiques modernes qui sont compacts et coûteux.

De cette façon, les puces peuvent changer le fonctionnement des centres de données en rationalisant la manière dont les informations sont transmises et traitées., influençant La conception de centres de données de nouvelle génération et de nombreux autres dispositifs dépendant d'une communication optique performante. Ces mêmes puces pourraient également permettre la création de systèmes LiDAR avancés, de dispositifs quantiques compacts, d'horloges optiques extrêmement précises et de spectromètres portables.

Il s'agit d'intégrer des sources lumineuses de qualité laboratoire à des appareils réels. Si on parvient à les rendre suffisamment puissantes, efficaces et compactes, on peut les installer presque partout.

- Gil-Molina

Glissez pour faire défiler →

Investir dans la technologie laser

Leader mondial des technologies photoniques et laser, Cohérent Corp. (COHR ) produit des diodes laser à semi-conducteurs et des composants optiques hautes performances.

Avec son activité principale axée sur le développement et la fabrication de solutions basées sur la photonique, qui sont essentielles à l'ère actuelle de l'informatique avancée et de la transmission de données, Coherent s'est imposé comme une force dominante dans l'industrie des communications optiques et détient une forte part de marché. 

Ses segments comprennent le réseau, qui exploite sa technologie de semi-conducteurs composés pour fournir des composants et des sous-systèmes, les matériaux comprennent les dispositifs optoélectroniques tels que ceux à base de carbure de silicium (SiC), d'antimoniure de gallium (GaSb), d'arséniure de gallium (GaAs), de phosphure d'indium (InP), de séléniure de zinc (ZnSe) et de sulfure de zinc (ZnS), et le segment Lasers sert les clients industriels des semi-conducteurs, de la fabrication de précision, de l'aérospatiale et de la défense, et d'autres grâce à ses lasers et ses produits optiques.

Cohérent Corp. (COHR )

Grâce à sa large gamme de produits innovants basés sur la photonique, Coherent est en mesure d'offrir des solutions personnalisées et de bout en bout à ses clients ainsi que de répondre aux besoins d'évolutivité de l'infrastructure d'IA.

Son orientation stratégique sur le marché de l’IA positionne Coherent comme un bénéficiaire potentiel majeur de la croissance actuelle de l’IA. Ce Cette acquisition répond à la demande croissante de composants optiques hautes performances. Cependant, l'entreprise est confrontée à une concurrence accrue dans les secteurs de l'IA et des communications optiques.

Si vous préférez La performance boursière de Coherent est en pleine période de hausse, un peu comme le marché boursier au sens large. En hausse de 29.16 % cette année jusqu'à présent, les actions COHR se négocient actuellement à 123.70 $, au moment de la rédaction de cet article - un nouveau record historique (ATH) qui porte la capitalisation boursière de la société à 19.20 milliards de dollars.

En avril, les actions de COHR étaient tombées à 50 $ alors que le marché boursier subissait une correction, et depuis Ensuite, l'action Coherent a progressé d'environ 146 %. Il y a seulement deux ans, COHR se négociait sous les 30 $, ce qui représente une forte reprise.

Avec cela, la société affiche un BPA (TTM) de -0.62 et un P/E (TTM) de -198.72.

En ce qui concerne la situation financière de Coherent, elle a déclaré un chiffre d'affaires record de 1.53 milliard de dollars pour le quatrième trimestre clos le 30 juin 2025. La marge brute GAAP au cours de la période était de 35.7 % et la perte nette GAAP était de 0.83 $ par action diluée, tandis que sur une base non GAAP, sa marge brute était de 38.1 % et le bénéfice net par action diluée était de 1.00 $.

Pour l'ensemble de l'exercice 2025, son chiffre d'affaires a également atteint un record de 5.81 milliards de dollars. La marge brute GAAP était de 35.2 % et la perte nette GAAP de 0.52 $ par action diluée, tandis que la marge brute non GAAP était de 37.9 % et le bénéfice net par action diluée de 3.53 $.

Selon le PDG Jim Anderson :

Nous avons réalisé un excellent exercice 2025, avec une croissance du chiffre d'affaires de 23 % et une progression du BPA non-GAAP de 191 %. Nous pensons être bien positionnés pour poursuivre une forte croissance du chiffre d'affaires et des bénéfices à long terme, grâce à notre exposition à des moteurs de croissance clés tels que les centres de données d'IA.

Au cours de ce trimestre, la société a commencé à expédier ses produits émetteurs-récepteurs 1.6T, permettant des applications de centre de données IA hautes performances. Un nouveau matériau composite diamant SiC a également été introduit pour le refroidissement avancé de ces centres de données.

De plus, Coherent a enregistré ses premiers revenus grâce à Optical Circuit Switch (OCS) et a introduit la plate-forme laser excimer qui a était mis à pour la production à haute température de bandes supraconductrices pour l'énergie émergente la technologie, comme la fusion. 

Au cours des dernières semaines, Coherent a lancé plusieurs nouveaux produits, notamment une série complète de circuits intégrés à quatre canaux permettant des émetteurs-récepteurs optiques plus efficaces et plus rapides pour l'IA et le cloud, la première solution QSFP28 Dual Laser 100G ZR du secteur pour maximiser la capacité sur l'infrastructure fibre existante, et des lasers à onde continue haute puissance de 400 mW pour répondre aux exigences exigeantes des applications d'optique co-packagées et de photonique sur silicium.

Récemment, Coherent a présenté ses matrices de photodiodes (PD) et de VCSEL 2D de nouvelle génération pour répondre aux demandes croissantes de trafic de données dans les centres de données modernes.

Il y a quelques semaines, Coherent a conclu des amendements, qui comprennent le refinancement des engagements de crédit renouvelable existants et l'augmentation de la facilité totale à 700 millions de dollars., à son accord de crédit avec Banque JPMorgan Chase (JPM ) et d'autres prêteurs, améliorant la liquidité et la flexibilité financière de l'entreprise pour soutenir les opérations et la croissance.

Conclusion

L'Université de Columbia a LES PLANTES une ingénierie réalisation, montrant comment des moments inattendus dans la science peuvent conduire à encore plus grand et meilleur découvertes avec le aptitude pour redéfinir des domaines entiers. En transformant un seul faisceau désordonné en des dizaines de canaux lumineux puissants et stables,L’équipe a jeté les bases de la prochaine génération de systèmes optiques.

Dès révolutionner le LiDAR et réduire la taille des dispositifs quantiques Pour accroître la capacité des centres de données pilotés par l'IA, cette technologie représente une avancée majeure dans l'intégration de la photonique. Alors que le monde évolue vers des systèmes de communication plus rapides et plus économes en énergie, les solutions compactesLes puces à peigne de fréquence pourraient constituer la base de l’infrastructure informatique future.

Cliquez ici pour tout savoir sur l’investissement dans l’intelligence artificielle.

Références

1. Gil-Molina, A., Antman, Y., Westreich, O., et al. (2025). Micropeignes à pompage électrique haute puissance. Nature Photonics, 19(10), 873–879. Publié le 7 octobre 2025. https://doi.org/10.1038/s41566-025-01769-z