Komb Kombinasi Frekuensi Skala Chip Menggerakkan Masa Depan Data

Peneliti dari Columbia Engineering telah menciptakan chip baru yang dapat mengubah laser menjadi “frequency comb,” menghasilkan beberapa saluran cahaya kuat secara bersamaan.

Dengan memanfaatkan mekanisme penguncian khusus, para peneliti membersihkan cahaya laser yang berantakan dan mencapai akurasi setara laboratorium pada perangkat silikon kecil. Pencapaian ini dapat secara signifikan meningkatkan efisiensi pusat data dan mendorong inovasi dalam LiDAR, sensing, dan teknologi kuantum.

Microcombs Memperkecil Presisi Setara Laboratorium ke dalam Chip 

Para peneliti menciptakan perangkat microcomb berdaya tinggi untuk meningkatkan teknologi LiDAR (Light Detection and Ranging).

LiDAR adalah teknologi penginderaan jauh yang menggunakan cahaya laser berdenyut untuk menghitung jarak dan membuat model 3D resolusi tinggi dari lingkungan. Ia beroperasi seperti radar, tetapi menggunakan cahaya alih-alih suara.
The system emits laser pulses and times their return to measure precise distances to objects and track movement in real time.

Terdiri dari laser, pemindai, dan penerima GPS khusus, instrumen LiDAR menghasilkan ‘point cloud’ data yang detail, yang kemudian digunakan untuk membuat peta 3D untuk aplikasi seperti mengemudi otonom, pemantauan lingkungan, survei, dan arkeologi.

Teknologi ini ditemukan pada tahun 1960-an, awalnya diterapkan dalam meteorologi, pemantauan laut, dan pemetaan topografi, sebelum penggunaannya diperluas ke luar angkasa oleh NASA. Pada tahun 2010-an, mobil komersial mulai menggunakan LiDAR, dan sejak itu, LiDAR otomotif menjadi sangat populer pada mobil listrik kelas atas.

Dengan semakin luasnya aplikasi LiDAR, para peneliti terus bekerja meningkatkan teknologi tersebut. Banyak inovasi menarik dalam teknologi laser diintegrasikan dengan optik canggih, memungkinkan miniaturisasi lebih lanjut dan menjanjikan masa depan jangka panjang sistem LiDAR.

Fokus peneliti dari Columbia University School of Engineering and Applied Science adalah menemukan cara untuk membuka daya lebih tinggi dan kemurnian spektral dari sistem laser kompak guna memungkinkan generasi frequency comb skala chip untuk meningkatkan komunikasi, sensing, spektroskopi, LiDAR, dan aplikasi fotonik terintegrasi lainnya.

Jadi, mereka menciptakan microcomb, sebuah perangkat fotonik miniatur yang menghasilkan rangkaian frekuensi optik yang berjarak merata, seperti gigi sisir, pada sebuah chip.

Microcomb frekuensi miniatur terintegrasi ini berpotensi mengurangi ukuran sistem kompleks yang biasanya diperlukan untuk aplikasi tersebut. Oleh karena itu, microcomb terintegrasi menjanjikan untuk banyak aplikasi yang membutuhkan daya keluaran tinggi, jejak kecil, dan efisiensi tinggi, seperti spektroskopi, sensing, dan komunikasi data.

Baru-baru ini, peneliti telah menunjukkan microcomb yang dipompa secara listrik melalui integrasi chip gain (elemen optik semikonduktor) dengan resonator kelas atas. Namun, total daya optik mereka masih jauh lebih rendah daripada yang dibutuhkan solusi praktis.

Keterbatasan ini telah diatasi oleh peneliti Columbia yang menunjukkan microcomb frekuensi Kerr berdaya tinggi yang dipompa secara listrik.

From ‘Messy’ Diodes to Clean Microcombs

Menariknya, ini adalah penemuan yang tidak disengaja. Beberapa tahun lalu, peneliti di laboratorium co-author Michal Lipson, seorang Eugene Higgins Professor of Electrical Engineering dan profesor fisika terapan, sedang mengerjakan proyek untuk meningkatkan kemampuan LiDAR ketika mereka memperhatikan sesuatu yang luar biasa.

Mereka merancang chip berdaya tinggi yang dapat menghasilkan sinar cahaya lebih terang, dan “seiring kami mengirimkan lebih banyak daya melalui chip, kami memperhatikan bahwa chip tersebut menciptakan apa yang kami sebut frequency comb,” kata Andres Gil-Molina, mantan peneliti postdoc di laboratorium Lipson dan saat ini insinyur utama di Xscape Photonics.

Frequency comb adalah spektrum yang terdiri dari garis spektral diskrit dan berjarak secara teratur. Artinya, jenis cahaya khusus ini berisi warna-warna berbeda yang berjejer berurutan, seperti yang terlihat pada pelangi.

Di sini, puluhan frekuensi cahaya bersinar. Namun, celah di antara warna atau frekuensi yang berbeda tetap gelap. Jadi, ketika melihat frekuensi terang yang berbeda pada spektrogram, mereka tampak seperti puncak atau gigi pada sisir, sehingga dinamakan demikian.

Mengingat warna cahaya yang berbeda tidak saling mengganggu, setiap gigi berfungsi sebagai saluran tersendiri, menawarkan peluang luar biasa untuk mengirim beberapa aliran data secara bersamaan.

Meskipun sangat bermanfaat, menciptakan frequency comb yang kuat memerlukan laser dan amplifier yang besar serta mahal.

Dipublikasikan di Nature Photonics, makalah tersebut menjelaskan bagaimana hal yang sama dapat dilakukan pada satu chip.

Teknologi yang kami kembangkan mengambil laser yang sangat kuat dan mengubahnya menjadi puluhan saluran bersih berdaya tinggi pada sebuah chip. Itu berarti Anda dapat menggantikan rak-rak laser individu dengan satu perangkat kompak, mengurangi biaya, menghemat ruang, dan membuka pintu bagi sistem yang jauh lebih cepat dan lebih hemat energi.

– Gil-Molina

Tidak hanya penelitian ini dapat memenuhi permintaan besar yang diciptakan oleh pusat data akan sumber cahaya yang kuat dan efisien dengan banyak panjang gelombang, tetapi juga menandai tonggak penting dalam misi tim untuk memajukan silicon photonics.

Dikenal karena memungkinkan transfer data yang jauh lebih cepat sambil mengonsumsi lebih sedikit daya dan menghasilkan lebih sedikit panas dibandingkan sirkuit elektronik tradisional, silicon photonics telah menemukan aplikasi di pusat data berkecepatan tinggi, AI, LiDAR, teknologi kuantum, IoT, dan 5G.

Silicon photonics mengintegrasikan komponen berbasis cahaya ke dalam chip silikon menggunakan proses manufaktur CMOS standar untuk membuat sirkuit fotonik terintegrasi (PICs). Ia memanfaatkan wafer silicon-on-insulator (SOI) sebagai platform semikonduktor untuk membentuk waveguide dan komponen lain yang menyalurkan cahaya untuk komunikasi yang lebih cepat, lebih hemat energi, serta perangkat yang lebih kecil dan lebih ekonomis.

Seiring teknologi ini menjadi semakin sentral bagi infrastruktur kritis dan kehidupan sehari-hari kita, kemajuan semacam ini penting untuk memastikan bahwa pusat data seefisien mungkin.

– Lipson

Bagaimana Self-Injection Locking Membersihkan dan Menggandakan Cahaya

Apa laser paling kuat yang dapat ditempatkan pada sebuah chip? Pertanyaan ini membawa peneliti ke terobosan mereka.

The Columbia team chose a multimode laser diode. A laser diode (LD) is a semiconductor device that produces single-color light at a specific wavelength. Multimode laser diodes, or Broad Area Lasers (BALs), provide higher power outputs and are ideal when high optical power is required and beam quality is less critical.

Perangkat ini menghasilkan berkas yang lebih lebar, yang mengurangi kualitas berkas tetapi meningkatkan kepadatan daya. Laser diode multimode banyak digunakan dalam aplikasi seperti perangkat medis, pencetakan dan pencitraan, serta alat pemotong laser.

Meskipun menghasilkan cahaya dalam jumlah besar, berkas laser ini “berantakan,” sehingga sulit digunakan untuk aplikasi presisi.

Mengintegrasikan laser diode multimode ke dalam chip silicon photonics, di mana jalur cahaya hanya selebar beberapa mikrometer (μm) atau bahkan ratusan nanometer (nm), memerlukan rekayasa yang cermat.

Untuk memurnikan sumber cahaya yang kuat namun sangat berisik ini, tim menggunakan mekanisme penguncian.

Self-injection locking diterapkan dalam regime nonlinier untuk menghasilkan comb berdaya tinggi pada chip sekaligus memurnikan koherensi sumber pompa.

Injection locking adalah efek frekuensi yang dapat terjadi ketika osilator terganggu oleh osilator kedua yang beroperasi pada frekuensi dekat. Ketika frekuensi cukup dekat dan kopling kuat, osilator kedua dapat menangkap osilator pertama, menyebabkan keduanya memiliki frekuensi yang pada dasarnya sama.

Teknik ini terutama diterapkan pada sumber laser gelombang kontinu (CW) berfrekuensi tunggal ketika output daya tinggi diperlukan, dengan menggabungkan noise intensitas dan noise fase yang sangat rendah.

Ia bergantung pada silicon photonics untuk membentuk kembali dan membersihkan output laser, menghasilkan berkas yang lebih stabil dan bersih, yang disebut koherensi tinggi. Setelah cahaya dimurnikan, sifat optik nonlinier chip mengambil alih, memecah satu berkas kuat menjadi puluhan warna yang berjarak merata, yang merupakan karakteristik utama frequency comb.

Sumber cahaya kompak dan berefisiensi tinggi yang dihasilkan menggabungkan daya mentah laser industri dengan stabilitas dan presisi yang diperlukan untuk komunikasi dan sensing tingkat lanjut.

Sumber berkoherensi rendah diintegrasikan dengan daya output tinggi dan resonator cincin silikon nitrida. Resonator dirancang dengan dispersi kecepatan grup normal, yang berarti kecepatan menurun seiring peningkatan frekuensi optik. Hal ini terjadi ketika panjang gelombang cahaya yang lebih panjang bergerak lebih cepat daripada yang lebih pendek dalam medium, menyebabkan pulsa optik menyebar seiring waktu.

Microcomb yang dibuat tim mencapai total daya pada chip hingga 158 mW. Garis-garis comb, sementara itu, memiliki lebar garis intrinsik 200 kHz. Para peneliti juga menunjukkan lebih dari dua kali jumlah garis comb yang melebihi 100 μW dan tingkat daya pada chip yang sepuluh kali lebih tinggi dibandingkan hasil yang pernah dilaporkan sebelumnya.

Researchers said:

Sumber microcomb yang dipompa secara listrik kami yang baru memiliki ukuran, daya, dan lebar garis yang diperlukan untuk komunikasi data, dan dapat berdampak kuat pada bidang lain seperti komputasi berkinerja tinggi serta perangkat ubiquitas untuk aplikasi spektral-sensing dan penunjuk waktu.

Terobosan ini terjadi pada saat ledakan AI menyebabkan peningkatan eksplosif dalam permintaan kapasitas pusat data. Hal ini menimbulkan tekanan pada infrastruktur mereka, yang kesulitan memindahkan informasi dengan cepat. Akibatnya, perusahaan membangun infrastruktur khusus AI untuk menangani kebutuhan komputasi masif dalam melatih dan menjalankan model AI besar.

Saat ini, tautan serat optik sudah digunakan oleh pusat data canggih untuk mentransfer data, namun bahkan mereka bergantung pada laser satu panjang gelombang.

Dengan memiliki puluhan berkas yang berjalan paralel melalui serat tunggal yang sama, alih-alih satu berkas yang membawa satu aliran data, frequency comb dapat secara dramatis meningkatkan kemampuan pusat data.

Prinsip yang sama berada di balik WDM, atau wavelength-division multiplexing, sebuah teknologi serat optik yang mengirimkan beberapa aliran data secara bersamaan melalui satu serat optik dengan memberikan setiap aliran panjang gelombang cahaya yang unik, secara signifikan meningkatkan kapasitas data dan memungkinkan bandwidth yang lebih tinggi. WDM membantu internet menjadi jaringan global berkecepatan tinggi pada akhir 1990-an.

Sekarang, tim Lipson membuat comb berdaya tinggi multi-panjang gelombang yang sangat kecil sehingga dapat dipasang langsung pada chip. Pencapaian ini akan memungkinkan memperkenalkan kemampuan ini ke bagian-bagian sistem komputasi modern yang kompak dan mahal.

Dengan cara ini, chip dapat mengubah cara pusat data beroperasi dengan menyederhanakan cara informasi ditransmisikan dan diproses, memengaruhi desain pusat data generasi berikutnya dan banyak perangkat lain yang bergantung pada komunikasi optik yang efisien. Chip yang sama juga dapat memungkinkan sistem LiDAR canggih, perangkat kuantum kompak, jam optik yang sangat presisi, dan spektrometer portabel.

Ini tentang membawa sumber cahaya setara laboratorium ke dalam perangkat dunia nyata. Jika Anda dapat membuatnya kuat, efisien, dan cukup kecil, Anda dapat menempatkannya hampir di mana saja.

– Gil-Molina

Geser untuk menggulir →

Berinvestasi dalam Teknologi Laser

Pemimpin global dalam fotonik dan teknologi laser, Coherent Corp. (COHR ) memproduksi diode laser semikonduktor dan komponen optik berperforma tinggi.

Dengan bisnis inti yang berputar di sekitar pengembangan dan manufaktur solusi berbasis fotonik, yang penting di era komputasi canggih dan transmisi data saat ini, Coherent telah menetapkan dirinya sebagai kekuatan dominan dalam industri komunikasi optik dan menguasai pangsa pasar yang kuat. 

Segmennya meliputi Networking, yang memanfaatkan teknologi semikonduktor majemuknya untuk menyediakan komponen dan subsistem, Materials mencakup perangkat optoelektronik seperti yang berbasis silicon carbide (SiC), gallium antimonide (GaSb), gallium arsenide (GaAs), indium phosphide (InP), zinc selenide (ZnSe), dan zinc sulfide (ZnS), dan segmen Lasers melayani pelanggan industri di bidang semikonduktor, manufaktur presisi, serta aerospace & defense, dan lainnya melalui produk laser dan optik mereka.

Coherent Corp. (COHR )

Dengan rangkaian luas produk inovatif berbasis fotonik, Coherent dapat menawarkan solusi yang disesuaikan dan menyeluruh kepada pelanggannya serta melayani kebutuhan skalabilitas infrastruktur AI.

Fokus strategisnya pada pasar AI menempatkan Coherent sebagai calon penerima manfaat utama dari pertumbuhan AI yang sedang berlangsung. Ini menambah permintaan yang meningkat untuk komponen optik berperforma tinggi. Namun pada saat yang sama, perusahaan menghadapi tantangan dari meningkatnya kompetisi di sektor AI dan komunikasi optik.

Mengenai kinerja pasar Coherent, perusahaan sedang menikmati momen bullish, mirip dengan pasar saham secara luas. Naik 29,16% tahun ini sejauh ini, saham COHR saat ini diperdagangkan pada $123,70, pada saat penulisan – rekor tertinggi baru (ATH) yang menempatkan kapitalisasi pasar perusahaan pada $19,20 miliar.

Pada April lalu, saham COHR turun menjadi $50 saat pasar saham mengalami koreksi, dan sejak itu, saham Coherent telah naik sekitar 146%. Dan hanya dua tahun yang lalu, COHR diperdagangkan di bawah $30, menunjukkan pemulihan yang kuat.

Dengan itu, perusahaan menghasilkan EPS (TTM) sebesar -0,62 dan P/E (TTM) sebesar -198,72.

Mengenai posisi keuangan Coherent, perusahaan melaporkan pendapatan rekor $1,53 miliar untuk kuartal keempat yang berakhir pada 30 Juni 2025. Margin kotor GAAP selama periode tersebut adalah 35,7% dan kerugian bersih GAAP sebesar $0,83 per saham terdilusi, sementara pada basis non-GAAP, margin kotornya 38,1% dan pendapatan bersih per saham terdilusi $1,00.

Untuk seluruh tahun fiskal 2025, pendapatannya juga mencapai rekor $5,81 miliar. Margin kotor GAAP adalah 35,2% dan kerugian bersih GAAP $0,52 per saham terdilusi, sementara margin kotor non-GAAP adalah 37,9% dan pendapatan bersih per saham terdilusi $3,53.

According to CEO Jim Anderson:

“Kami menyampaikan tahun fiskal 2025 yang kuat dengan pertumbuhan pendapatan sebesar 23% dan ekspansi EPS non-GAAP sebesar 191%. Kami percaya kami berada pada posisi yang baik untuk terus mendorong pertumbuhan pendapatan dan laba yang kuat dalam jangka panjang mengingat eksposur kami terhadap pendorong pertumbuhan utama seperti pusat data AI.”

Selama kuartal ini, perusahaan memulai pengiriman produk transceiver 1,6T-nya, memungkinkan aplikasi pusat data AI berperforma tinggi. Material komposit diamond SiC baru juga diperkenalkan untuk pendinginan canggih pusat data ini.

Selain itu, Coherent memperoleh pendapatan pertamanya dari Optical Circuit Switch (OCS) dan memperkenalkan platform laser eksimer yang telah diperbarui untuk produksi pita superkonduktor pada suhu tinggi bagi teknologi energi baru, seperti fusi.

Dalam beberapa minggu terakhir, Coherent telah merilis beberapa produk baru, termasuk seluruh rangkaian IC quad-channel yang memungkinkan transceiver optik yang lebih efisien dan lebih cepat untuk AI dan cloud, solusi QSFP28 Dual Laser 100G ZR pertama di industri untuk memaksimalkan kapasitas pada infrastruktur serat yang ada, serta laser gelombang kontinu 400 mW berdaya tinggi untuk memenuhi persyaratan ketat aplikasi optik co-packaged dan silicon photonics.

Baru-baru ini, Coherent menunjukkan array 2D VCSEL dan fotodioda (PD) generasi berikutnya untuk mengatasi lonjakan permintaan lalu lintas data di pusat data modern.

Beberapa minggu lalu, Coherent menandatangani amandemen, yang mencakup pembiayaan ulang komitmen kredit bergulir yang ada dan meningkatkan total fasilitas menjadi $700 juta, pada Perjanjian Kreditnya dengan JPMorgan Chase Bank (JPM ) dan pemberi pinjaman lainnya, meningkatkan likuiditas dan fleksibilitas keuangan perusahaan untuk mendukung operasi dan pertumbuhan.

Kesimpulan

Columbia University telah membuat pencapaian teknik, menunjukkan bagaimana momen tak terduga dalam ilmu pengetahuan dapat menghasilkan penemuan yang lebih besar dan lebih baik dengan kemampuan untuk mendefinisikan ulang seluruh bidang. Dengan mengubah satu berkas berantakan menjadi puluhan saluran cahaya kuat dan stabil, tim telah meletakkan dasar bagi generasi berikutnya dari sistem optik.

Dari merevolusi LiDAR dan memperkecil perangkat kuantum hingga meningkatkan kapasitas pusat data yang digerakkan AI, teknologi ini merupakan lompatan besar dalam integrasi fotonik. Dan seiring dunia bergerak menuju sistem komunikasi yang lebih cepat dan lebih hemat energi, chip frequency comb yang kompak dapat menjadi dasar infrastruktur komputasi masa depan.

Klik di sini untuk mempelajari semua tentang berinvestasi dalam kecerdasan buatan.

Referensi

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

Peneliti dari Columbia Engineering telah menciptakan chip baru yang dapat mengubah laser menjadi “frequency comb,” menghasilkan beberapa saluran cahaya kuat secara bersamaan.
Dengan memanfaatkan mekanisme penguncian khusus, para peneliti membersihkan cahaya laser yang berantakan dan mencapai akurasi setara laboratorium pada perangkat silikon kecil. Pencapaian ini dapat secara signifikan meningkatkan efisiensi pusat data dan mendorong inovasi dalam LiDAR, sensing, dan teknologi kuantum.

Microcombs Memperkecil Presisi Setara Laboratorium ke dalam Chip 

Para peneliti menciptakan perangkat microcomb berdaya tinggi untuk meningkatkan teknologi LiDAR (Light Detection and Ranging).

LiDAR adalah teknologi penginderaan jauh yang menggunakan cahaya laser berdenyut untuk menghitung jarak dan membuat model 3D resolusi tinggi dari lingkungan. Ia beroperasi seperti radar, tetapi menggunakan cahaya alih-alih suara.
The system emits laser pulses and times their return to measure precise distances to objects and track movement in real time.

Terdiri dari laser, pemindai, dan penerima GPS khusus, instrumen LiDAR menghasilkan ‘point cloud’ data yang detail, yang kemudian digunakan untuk membuat peta 3D untuk aplikasi seperti mengemudi otonom, pemantauan lingkungan, survei, dan arkeologi.

Teknologi ini ditemukan pada tahun 1960-an, awalnya diterapkan dalam meteorologi, pemantauan laut, dan pemetaan topografi, sebelum penggunaannya diperluas ke luar angkasa oleh NASA. Pada tahun 2010-an, mobil komersial mulai menggunakan LiDAR, dan sejak itu, LiDAR otomotif menjadi sangat populer pada mobil listrik kelas atas.

Dengan semakin luasnya aplikasi LiDAR, para peneliti terus bekerja meningkatkan teknologi tersebut. Banyak inovasi menarik dalam teknologi laser diintegrasikan dengan optik canggih, memungkinkan miniaturisasi lebih lanjut dan menjanjikan masa depan jangka panjang sistem LiDAR.

Fokus peneliti dari Columbia University School of Engineering and Applied Science adalah menemukan cara untuk membuka daya lebih tinggi dan kemurnian spektral dari sistem laser kompak guna memungkinkan generasi frequency comb skala chip untuk meningkatkan komunikasi, sensing, spektroskopi, LiDAR, dan aplikasi fotonik terintegrasi lainnya.

Jadi, mereka menciptakan microcomb, sebuah perangkat fotonik miniatur yang menghasilkan rangkaian frekuensi optik yang berjarak merata, seperti gigi sisir, pada sebuah chip.

Microcomb frekuensi miniatur terintegrasi ini berpotensi mengurangi ukuran sistem kompleks yang biasanya diperlukan untuk aplikasi tersebut. Oleh karena itu, microcomb terintegrasi menjanjikan untuk banyak aplikasi yang membutuhkan daya keluaran tinggi, jejak kecil, dan efisiensi tinggi, seperti spektroskopi, sensing, dan komunikasi data.

Baru-baru ini, peneliti telah menunjukkan microcomb yang dipompa secara listrik melalui integrasi chip gain (elemen optik semikonduktor) dengan resonator kelas atas. Namun, total daya optik mereka masih jauh lebih rendah daripada yang dibutuhkan solusi praktis.

Keterbatasan ini telah diatasi oleh peneliti Columbia yang menunjukkan microcomb frekuensi Kerr berdaya tinggi yang dipompa secara listrik.

From ‘Messy’ Diodes to Clean Microcombs

Menariknya, ini adalah penemuan yang tidak disengaja. Beberapa tahun lalu, peneliti di laboratorium co-author Michal Lipson, seorang Eugene Higgins Professor of Electrical Engineering dan profesor fisika terapan, sedang mengerjakan proyek untuk meningkatkan kemampuan LiDAR ketika mereka memperhatikan sesuatu yang luar biasa.

Mereka merancang chip berdaya tinggi yang dapat menghasilkan sinar cahaya lebih terang, dan “seiring kami mengirimkan lebih banyak daya melalui chip, kami memperhatikan bahwa chip tersebut menciptakan apa yang kami sebut frequency comb,” kata Andres Gil-Molina, mantan peneliti postdoc di laboratorium Lipson dan saat ini insinyur utama di Xscape Photonics.

Frequency comb adalah spektrum yang terdiri dari garis spektral diskrit dan berjarak secara teratur. Artinya, jenis cahaya khusus ini berisi warna-warna berbeda yang berjejer berurutan, seperti yang terlihat pada pelangi.

Di sini, puluhan frekuensi cahaya bersinar. Namun, celah di antara warna atau frekuensi yang berbeda tetap gelap. Jadi, ketika melihat frekuensi terang yang berbeda pada spektrogram, mereka tampak seperti puncak atau gigi pada sisir, sehingga dinamakan demikian.

Mengingat warna cahaya yang berbeda tidak saling mengganggu, setiap gigi berfungsi sebagai saluran tersendiri, menawarkan peluang luar biasa untuk mengirim beberapa aliran data secara bersamaan.

Meskipun sangat bermanfaat, menciptakan frequency comb yang kuat memerlukan laser dan amplifier yang besar serta mahal.

Dipublikasikan di Nature Photonics, makalah tersebut menjelaskan bagaimana hal yang sama dapat dilakukan pada satu chip.

Teknologi yang kami kembangkan mengambil laser yang sangat kuat dan mengubahnya menjadi puluhan saluran bersih berdaya tinggi pada sebuah chip. Itu berarti Anda dapat menggantikan rak-rak laser individu dengan satu perangkat kompak, mengurangi biaya, menghemat ruang, dan membuka pintu bagi sistem yang jauh lebih cepat dan lebih hemat energi.

– Gil-Molina

Tidak hanya penelitian ini dapat memenuhi permintaan besar yang diciptakan oleh pusat data akan sumber cahaya yang kuat dan efisien dengan banyak panjang gelombang, tetapi juga menandai tonggak penting dalam misi tim untuk memajukan silicon photonics.

Dikenal karena memungkinkan transfer data yang jauh lebih cepat sambil mengonsumsi lebih sedikit daya dan menghasilkan lebih sedikit panas dibandingkan sirkuit elektronik tradisional, silicon photonics telah menemukan aplikasi di pusat data berkecepatan tinggi, AI, LiDAR, teknologi kuantum, IoT, dan 5G.

Silicon photonics mengintegrasikan komponen berbasis cahaya ke dalam chip silikon menggunakan proses manufaktur CMOS standar untuk membuat sirkuit fotonik terintegrasi (PICs). Ia memanfaatkan wafer silicon-on-insulator (SOI) sebagai platform semikonduktor untuk membentuk waveguide dan komponen lain yang menyalurkan cahaya untuk komunikasi yang lebih cepat, lebih hemat energi, serta perangkat yang lebih kecil dan lebih ekonomis.

Seiring teknologi ini menjadi semakin sentral bagi infrastruktur kritis dan kehidupan sehari-hari kita, kemajuan semacam ini penting untuk memastikan bahwa pusat data seefisien mungkin.

– Lipson

Bagaimana Self-Injection Locking Membersihkan dan Menggandakan Cahaya

Apa laser paling kuat yang dapat ditempatkan pada sebuah chip? Pertanyaan ini membawa peneliti ke terobosan mereka.

The Columbia team chose a multimode laser diode. A laser diode (LD) is a semiconductor device that produces single-color light at a specific wavelength. Multimode laser diodes, or Broad Area Lasers (BALs), provide higher power outputs and are ideal when high optical power is required and beam quality is less critical.

Perangkat ini menghasilkan berkas yang lebih lebar, yang mengurangi kualitas berkas tetapi meningkatkan kepadatan daya. Laser diode multimode banyak digunakan dalam aplikasi seperti perangkat medis, pencetakan dan pencitraan, serta alat pemotong laser.

Meskipun menghasilkan cahaya dalam jumlah besar, berkas laser ini “berantakan,” sehingga sulit digunakan untuk aplikasi presisi.

Mengintegrasikan laser diode multimode ke dalam chip silicon photonics, di mana jalur cahaya hanya selebar beberapa mikrometer (μm) atau bahkan ratusan nanometer (nm), memerlukan rekayasa yang cermat.

Untuk memurnikan sumber cahaya yang kuat namun sangat berisik ini, tim menggunakan mekanisme penguncian.

Self-injection locking diterapkan dalam regime nonlinier untuk menghasilkan comb berdaya tinggi pada chip sekaligus memurnikan koherensi sumber pompa.

Injection locking adalah efek frekuensi yang dapat terjadi ketika osilator terganggu oleh osilator kedua yang beroperasi pada frekuensi dekat. Ketika frekuensi cukup dekat dan kopling kuat, osilator kedua dapat menangkap osilator pertama, menyebabkan keduanya memiliki frekuensi yang pada dasarnya sama.

Teknik ini terutama diterapkan pada sumber laser gelombang kontinu (CW) berfrekuensi tunggal ketika output daya tinggi diperlukan, dengan menggabungkan noise intensitas dan noise fase yang sangat rendah.

Ia bergantung pada silicon photonics untuk membentuk kembali dan membersihkan output laser, menghasilkan berkas yang lebih stabil dan bersih, yang disebut koherensi tinggi. Setelah cahaya dimurnikan,  sifat optik nonlinier chip mengambil alih, memecah satu berkas kuat menjadi puluhan warna yang berjarak merata, yang merupakan karakteristik utama frequency comb.

Sumber cahaya kompak dan berefisiensi tinggi yang dihasilkan menggabungkan daya mentah laser industri dengan stabilitas dan presisi yang diperlukan untuk komunikasi dan sensing tingkat lanjut.

Sumber berkoherensi rendah diintegrasikan dengan daya output tinggi dan resonator cincin silikon nitrida. Resonator dirancang dengan dispersi kecepatan grup normal, yang berarti kecepatan menurun seiring peningkatan frekuensi optik. Hal ini terjadi ketika panjang gelombang cahaya yang lebih panjang bergerak lebih cepat daripada yang lebih pendek dalam medium, menyebabkan pulsa optik menyebar seiring waktu.

Microcomb yang dibuat tim mencapai total daya pada chip hingga 158 mW. Garis-garis comb, sementara itu, memiliki lebar garis intrinsik 200 kHz. Para peneliti juga menunjukkan lebih dari dua kali jumlah garis comb yang melebihi 100 μW dan tingkat daya pada chip yang sepuluh kali lebih tinggi dibandingkan hasil yang pernah dilaporkan sebelumnya.

Researchers said:

Sumber microcomb yang dipompa secara listrik kami yang baru memiliki ukuran, daya, dan lebar garis yang diperlukan untuk komunikasi data, dan dapat berdampak kuat pada bidang lain seperti komputasi berkinerja tinggi serta perangkat ubiquitas untuk aplikasi spektral-sensing dan penunjuk waktu.

Terobosan ini terjadi pada saat ledakan AI menyebabkan peningkatan eksplosif dalam permintaan kapasitas pusat data. Hal ini menimbulkan tekanan pada infrastruktur mereka, yang kesulitan memindahkan informasi dengan cepat. Akibatnya, perusahaan membangun infrastruktur khusus AI untuk menangani kebutuhan komputasi masif dalam melatih dan menjalankan model AI besar.

Saat ini, tautan serat optik sudah digunakan oleh pusat data canggih untuk mentransfer data, namun bahkan mereka bergantung pada laser satu panjang gelombang.

Dengan memiliki puluhan berkas yang berjalan paralel melalui serat tunggal yang sama, alih-alih satu berkas yang membawa satu aliran data, frequency comb dapat secara dramatis meningkatkan kemampuan pusat data.

Prinsip yang sama berada di balik WDM, atau wavelength-division multiplexing, sebuah teknologi serat optik yang mengirimkan beberapa aliran data secara bersamaan melalui satu serat optik dengan memberikan setiap aliran panjang gelombang cahaya yang unik, secara signifikan meningkatkan kapasitas data dan memungkinkan bandwidth yang lebih tinggi. WDM membantu internet menjadi jaringan global berkecepatan tinggi pada akhir 1990-an.

Sekarang, tim Lipson membuat comb berdaya tinggi multi-panjang gelombang yang sangat kecil sehingga dapat dipasang langsung pada chip. Pencapaian ini akan memungkinkan memperkenalkan kemampuan ini ke bagian-bagian sistem komputasi modern yang kompak dan mahal.

Dengan cara ini, chip dapat mengubah cara pusat data beroperasi dengan menyederhanakan cara informasi ditransmisikan dan diproses, memengaruhi desain pusat data generasi berikutnya dan banyak perangkat lain yang bergantung pada komunikasi optik yang efisien. Chip yang sama juga dapat memungkinkan sistem LiDAR canggih, perangkat kuantum kompak, jam optik yang sangat presisi, dan spektrometer portabel.

Ini tentang membawa sumber cahaya setara laboratorium ke dalam perangkat dunia nyata. Jika Anda dapat membuatnya kuat, efisien, dan cukup kecil, Anda dapat menempatkannya hampir di mana saja.

– Gil-Molina

Geser untuk menggulir →

Berinvestasi dalam Teknologi Laser

Pemimpin global dalam fotonik dan teknologi laser, Coherent Corp. (COHR ) memproduksi diode laser semikonduktor dan komponen optik berperforma tinggi.

Dengan bisnis inti yang berputar di sekitar pengembangan dan manufaktur solusi berbasis fotonik, yang penting di era komputasi canggih dan transmisi data saat ini, Coherent telah menetapkan dirinya sebagai kekuatan dominan dalam industri komunikasi optik dan menguasai pangsa pasar yang kuat. 

Segmennya meliputi Networking, yang memanfaatkan teknologi semikonduktor majemuknya untuk menyediakan komponen dan subsistem, Materials mencakup perangkat optoelektronik seperti yang berbasis silicon carbide (SiC), gallium antimonide (GaSb), gallium arsenide (GaAs), indium phosphide (InP), zinc selenide (ZnSe), dan zinc sulfide (ZnS), dan segmen Lasers melayani pelanggan industri di bidang semikonduktor, manufaktur presisi, serta aerospace & defense, dan lainnya melalui produk laser dan optik mereka.

Coherent Corp. (COHR )

Dengan rangkaian luas produk inovatif berbasis fotonik, Coherent dapat menawarkan solusi yang disesuaikan dan menyeluruh kepada pelanggannya serta melayani kebutuhan skalabilitas infrastruktur AI.

Fokus strategisnya pada pasar AI menempatkan Coherent sebagai calon penerima manfaat utama dari pertumbuhan AI yang sedang berlangsung. Ini menambah permintaan yang meningkat untuk komponen optik berperforma tinggi. Namun pada saat yang sama, perusahaan menghadapi tantangan dari meningkatnya kompetisi di sektor AI dan komunikasi optik.

Mengenai kinerja pasar Coherent, perusahaan sedang menikmati momen bullish, mirip dengan pasar saham secara luas. Naik 29,16% tahun ini sejauh ini, saham COHR saat ini diperdagangkan pada $123,70, pada saat penulisan – rekor tertinggi baru (ATH) yang menempatkan kapitalisasi pasar perusahaan pada $19,20 miliar.

Pada April lalu, saham COHR turun menjadi $50 saat pasar saham mengalami koreksi, dan sejak itu, saham Coherent telah naik sekitar 146%. Dan hanya dua tahun yang lalu, COHR diperdagangkan di bawah $30, menunjukkan pemulihan yang kuat.

Dengan itu, perusahaan menghasilkan EPS (TTM) sebesar -0,62 dan P/E (TTM) sebesar -198,72.

Mengenai posisi keuangan Coherent, perusahaan melaporkan pendapatan rekor $1,53 miliar untuk kuartal keempat yang berakhir pada 30 Juni 2025. Margin kotor GAAP selama periode tersebut adalah 35,7% dan kerugian bersih GAAP sebesar $0,83 per saham terdilusi, sementara pada basis non-GAAP, margin kotornya 38,1% dan pendapatan bersih per saham terdilusi $1,00.

Untuk seluruh tahun fiskal 2025, pendapatannya juga mencapai rekor $5,81 miliar. Margin kotor GAAP adalah 35,2% dan kerugian bersih GAAP $0,52 per saham terdilusi, sementara margin kotor non-GAAP adalah 37,9% dan pendapatan bersih per saham terdilusi $3,53.

According to CEO Jim Anderson:

“Kami menyampaikan tahun fiskal 2025 yang kuat dengan pertumbuhan pendapatan sebesar 23% dan ekspansi EPS non-GAAP sebesar 191%. Kami percaya kami berada pada posisi yang baik untuk terus mendorong pertumbuhan pendapatan dan laba yang kuat dalam jangka panjang mengingat eksposur kami terhadap pendorong pertumbuhan utama seperti pusat data AI.”

Selama kuartal ini, perusahaan memulai pengiriman produk transceiver 1,6T-nya, memungkinkan aplikasi pusat data AI berperforma tinggi. Material komposit diamond SiC baru juga diperkenalkan untuk pendinginan canggih pusat data ini.

Selain itu, Coherent memperoleh pendapatan pertamanya dari Optical Circuit Switch (OCS) dan memperkenalkan platform laser eksimer yang telah diperbarui untuk produksi pita superkonduktor pada suhu tinggi bagi teknologi energi baru, seperti fusi.

Dalam beberapa minggu terakhir, Coherent telah merilis beberapa produk baru, termasuk seluruh rangkaian IC quad-channel yang memungkinkan transceiver optik yang lebih efisien dan lebih cepat untuk AI dan cloud, solusi QSFP28 Dual Laser 100G ZR pertama di industri untuk memaksimalkan kapasitas pada infrastruktur serat yang ada, serta laser gelombang kontinu 400 mW berdaya tinggi untuk memenuhi persyaratan ketat aplikasi optik co-packaged dan silicon photonics.

Baru-baru ini, Coherent menunjukkan array 2D VCSEL dan fotodioda (PD) generasi berikutnya untuk mengatasi lonjakan permintaan lalu lintas data di pusat data modern.

Beberapa minggu lalu, Coherent menandatangani amandemen, yang mencakup pembiayaan ulang komitmen kredit bergulir yang ada dan meningkatkan total fasilitas menjadi $700 juta, pada Perjanjian Kreditnya dengan JPMorgan Chase Bank (JPM ) dan pemberi pinjaman lainnya, meningkatkan likuiditas dan fleksibilitas keuangan perusahaan untuk mendukung operasi dan pertumbuhan.

Kesimpulan

Columbia University telah membuat pencapaian teknik, menunjukkan bagaimana momen tak terduga dalam ilmu pengetahuan dapat menghasilkan penemuan yang lebih besar dan lebih baik dengan kemampuan untuk mendefinisikan ulang seluruh bidang. Dengan mengubah satu berkas berantakan menjadi puluhan saluran cahaya kuat dan stabil, tim telah meletakkan dasar bagi generasi berikutnya dari sistem optik.

Dari merevolusi LiDAR dan memperkecil perangkat kuantum hingga meningkatkan kapasitas pusat data yang digerakkan AI, teknologi ini merupakan lompatan besar dalam integrasi fotonik. Dan seiring dunia bergerak menuju sistem komunikasi yang lebih cepat dan lebih hemat energi, chip frequency comb yang kompak dapat menjadi dasar infrastruktur komputasi masa depan.

Klik di sini untuk mempelajari semua tentang berinvestasi dalam kecerdasan buatan.

Referensi

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