칩 스케일 주파수 빗, 데이터 미래를 주도하다

컬럼비아 엔지니어링의 연구원들은 레이저를 "주파수 빗"으로 변환하여 동시에 여러 개의 강력한 빛 채널을 생성할 수 있는 새로운 칩을 개발했습니다.

연구원들은 특수 잠금 메커니즘을 활용하여 지저분한 레이저 광선을 제거하고 소형 실리콘 장치에서 실험실 수준의 정확도를 달성했습니다.이러한 성과는 데이터 센터의 효율성을 크게 개선하고 LiDAR, 센싱, 양자 ​​기술의 혁신을 촉진할 수 있습니다.

마이크로콤, 실험실 수준의 정밀도를 칩에 압축 

연구진은 LiDAR(Light Detection and Ranging) 기술을 개선하기 위해 고출력 마이크로콤 장치를 개발했습니다.

LiDAR는 펄스 레이저 광선을 사용하여 거리를 계산하고 주변 환경의 고해상도 3D 모델을 생성하는 원격 감지 기술입니다. 레이더처럼 작동하지만 소리 대신 빛을 사용합니다.

이 시스템은 레이저 펄스를 방출하고 돌아오는 펄스의 시간을 측정하여 물체까지의 정확한 거리를 측정하고 실시간으로 움직임을 추적합니다.

레이저, 스캐너 및 특수 GPS 수신기로 구성된 LiDAR 이 기기는 데이터의 세부적인 '포인트 클라우드'를 생성하는데, 이 데이터는 자율주행, 환경 모니터링, 측량, 고고학 등의 응용 프로그램을 위한 3D 지도를 만드는 데 사용됩니다.

이 기술은 1960년대에 발명되어 기상학, 해양 탐사, 지형 지도 제작에 처음 적용되다가 NASA에 의해 우주로 확장되었습니다. 2010년대에는 상업용 자동차에 LiDAR가 사용되기 시작했으며, 이후 자동차용 LiDAR는 고급 전기차에서 큰 인기를 얻었습니다.

LiDAR의 적용이 확대됨에 따라 연구자들은 기술 개선을 위해 끊임없이 노력해 왔습니다. 레이저 기술의 여러 흥미로운 혁신 기술이 첨단 광학 기술과 통합되어 LiDAR 시스템의 소형화를 더욱 가속화하고 장기적인 미래를 위한 가능성을 제시합니다.

컬럼비아 대학교 공학 및 응용 과학부 연구원들의 초점은 칩 규모 주파수 빗 생성을 가능하게 하기 위해 소형 레이저 시스템에서 더 높은 전력과 스펙트럼 순도를 해제하는 방법을 찾는 것이었습니다. 향상 통신, 감지, 분광학, LiDAR 및 기타 통합 광자 응용 분야.

그래서 그들은 균일하게 간격을 둔 일련의 광 주파수를 생성하는 소형 광자 장치인 마이크로 빗을 만들었습니다. 칩 위의 빗살처럼.

이러한 통합형 소형 주파수 빗은 이러한 응용 분야에 전통적으로 필요했던 복잡한 시스템의 크기를 줄일 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 따라서 통합 마이크로 빗은 다음과 같은 다양한 응용 분야에 유망합니다. 높은 출력 전력, 작은 설치 공간, 높은 효율성을 특징으로 하는 분광학, 감지, 데이터 통신 등이 있습니다.

최근 연구자들은 이득 칩(반도체 광학 소자)과 최첨단 공진기를 통합하여 전기적으로 펌핑되는 마이크로콤을 시연했습니다. 그러나 전체적인 광 출력은 여전히 ​​실제 솔루션에 필요한 수준에 비해 훨씬 낮습니다.

이 제한은 해결되었다 고출력 전기 펌핑 커 주파수 마이크로 빗을 시연하는 컬럼비아 연구원들에 의해 이루어졌습니다. 

'엉터리' 다이오드에서 깨끗한 마이크로콤으로

흥미로운 점은 이것이 우연히 발견되었다는 것입니다. 몇 년 전, 공동 저자인 Michal Lipson 연구실의 연구원들은 전기공학과 Eugene Higgins 교수이자 응용물리학 교수 LiDAR 기능을 강화하기 위한 프로젝트를 진행 중이었습니다. 때 뭔가 놀라운 것을 발견했습니다.

그들은 더 밝은 광선을 생성할 수 있는 고출력 칩을 설계하고 있었고, "칩을 통해 점점 더 많은 전력을 보내면서 주파수 빗살이라고 부르는 것이 생성되는 것을 발견했습니다."라고 Lipson 연구실의 전 박사후 연구원이자 현재 Xscape Photonics의 수석 엔지니어인 Andres Gil-Molina가 말했습니다.

주파수 빗살은 불연속적이고 규칙적인 간격의 스펙트럼 선으로 구성된 스펙트럼입니다. 즉, 이 특수한 유형의 빛은 무지개에서 볼 수 있듯이 서로 다른 색이 질서 있게 나란히 배열되어 있다는 것을 의미합니다.

여기에는 수십 개의 빛 주파수가 빛납니다. 하지만 서로 다른 색깔이나 주파수 사이의 간격은 어둡게 유지됩니다. 따라서 스펙트로그램에서 이러한 서로 다른 밝은 주파수를 볼 때 스파이크처럼 보입니다. 빗에 이빨이 있어서 이런 이름이 붙었습니다.

서로 다른 색상의 빛이 서로 간섭하지 않기 때문에 각 이빨은 자체 채널 역할을 하며, 여러 스트림의 데이터를 동시에 전송할 수 있는 놀라운 기회를 제공합니다.

매우 유익하지만, 강력한 주파수 빗을 만들려면 크고 값비싼 레이저와 증폭기가 필요합니다. 

에 게시됨 자연 Photonics¹, 논문에서는 다음과 같은 내용을 자세히 설명합니다. 같은 일을 할 수 있다 단일 칩에. 

"저희가 개발한 기술은 매우 강력한 레이저를 하나의 칩에 수십 개의 깨끗하고 고출력 채널을 구현합니다. 즉, 여러 개의 개별 레이저 랙을 하나의 소형 장치로 대체하여 비용을 절감하고 공간을 절약하며 훨씬 빠르고 에너지 효율적인 시스템을 구축할 수 있습니다."

– 길 몰리나

이 연구는 다양한 파장을 포함하는 강력하고 효율적인 광원에 대한 데이터 센터의 엄청난 수요를 충족할 수 있을 뿐만 아니라, 실리콘 광자공학을 발전시키려는 팀의 사명에 있어서도 이정표를 세웠습니다.

훨씬 더 빠른 데이터 전송을 가능하게 하는 것으로 알려져 있습니다. 기존 방식보다 전력 소모가 적고 발열도 적습니다. 전자 회로, 실리콘 광자공학은 고속 데이터 센터, AI, LiDAR, 양자 기술, IoT, 5G에 응용되고 있습니다.

실리콘 광자공학은 광 기반 구성 요소를 통합합니다. 표준 CMOS 제조 공정을 사용하여 실리콘 칩에 광자 집적 회로(PIC)를 생성합니다. 이 기술은 실리콘 온 인슐레이터(SOI) 웨이퍼를 반도체 플랫폼으로 사용하여 광도파관 및 기타 구성 요소를 형성하여 더 빠르고 에너지 효율적인 통신과 더 작고 비용 효율적인 장치를 구현합니다.

"이 기술이 중요 인프라와 일상생활에 점점 더 중요해짐에 따라, 이러한 발전은 데이터 센터의 효율성을 최대한 높이는 데 필수적입니다."

– 립슨

자가 주입 잠금이 빛을 세척하고 증폭하는 방식

칩에 장착할 수 있는 가장 강력한 레이저는 무엇일까요? 이 질문이 연구진의 획기적인 발견으로 이어졌습니다.

컬럼비아 팀은 다중 모드 레이저 다이오드를 선택했습니다. 레이저 다이오드(LD)는 특정 파장에서 단색광을 생성하는 반도체 소자입니다. 다중 모드 레이저 다이오드 또는 광역 레이저(BAL)는 더 높은 출력을 제공하며, 높은 광 출력이 필요하고 빔 품질이 덜 중요한 경우에 이상적입니다.

이러한 장치는 더 넓은 빔을 생성하여 빔 품질을 저하시킵니다. 하지만 전력 밀도는 증가합니다. 멀티모드 레이저 다이오드는 다음과 같은 응용 분야에서 널리 사용됩니다. 의료기기, 인쇄 및 이미징, 레이저 절단 도구. 

엄청난 양의 빛을 생성하는 반면, 이러한 레이저의 빔은 "지저분"하여 정밀한 응용 분야에 활용하기 어렵습니다. 

실리콘 광자 칩에 다중 모드 레이저 다이오드를 통합하면 빛 경로가 다음과 같습니다. 너비가 딱 몇 마이크로미터(μm) 또는 수백 나노미터(nm), 그러나, 신중한 엔지니어링이 필요합니다.

이 강력하지만 매우 시끄러운 광원을 정화하기 위해 연구팀은 잠금 장치를 사용했습니다.

비선형 영역에서 자체 주입 잠금이 채택되어 칩 내 높은 전력 빗살을 생성하고 펌프 소스의 응집성을 정제했습니다. 동시에.

주입 잠금은 근처 주파수에서 작동하는 두 번째 발진기에 의해 발진기가 방해를 받을 때 발생할 수 있는 주파수 효과입니다. 주파수가 충분히 가깝고 결합이 강할 때두 번째 발진기는 첫 번째 발진기를 포착하여 본질적으로 두 번째 발진기와 동일한 주파수를 갖게 할 수 있습니다.

이 기술은 고출력 출력이 필요한 경우 연속파(CW) 단일 주파수 레이저 소스에 주로 적용됩니다. 와 결합하다 매우 낮은 강도의 소음과 위상 소음.

실리콘 광자공학을 사용하여 재구성하고 정리합니다. 레이저의 출력보다 안정적이고 깨끗한 빔을 생성합니다. 그것은 높은 일관성. 빛이 정화되면 칩의 비선형 광학적 속성이 적용되어 단일 강력한 빔이 수십 가지 색상으로 분할됩니다. 균등하게 간격을 두고 있다이는 주파수 빗의 주요 특성입니다.

그 결과, 소형이면서도 효율성이 높은 광원은 산업용 레이저의 순수한 힘과 첨단 통신 및 감지에 필요한 안정성과 정밀성을 결합했습니다.

낮은 코히어런스 소스가 통합되었습니다. 높은 출력 전력과 실리콘 질화물 링 공진기를 갖추고 있습니다. 공진기 설계되었습니다 정상적인 군속도 분산은 광 주파수가 증가함에 따라 속도가 감소함을 의미합니다.. 이 긴 파장의 빛이 매체에서 짧은 파장보다 더 빨리 이동하면서 광 펄스가 시간이 지남에 따라 퍼지는 현상이 발생합니다.

연구팀이 개발한 마이크로콤은 최대 158mW의 온칩 전력을 달성했습니다. 한편, 마이크로콤 라인의 고유 선폭은 200kHz였습니다. 연구자들도 보여 빗살의 수가 두 배 이상 뛰어난 100μW 그리고 훨씬 더 높은 수준 칩 내 전력 수준이 이전에 보고된 결과보다 높습니다.

연구자들은 이렇게 말했습니다.

"저희의 새로운 전기 펌핑 마이크로콤 소스는 데이터 통신에 필요한 크기, 전력, 선폭을 갖추고 있으며, 고성능 컴퓨팅과 스펙트럼 감지 및 시간 측정 애플리케이션을 위한 유비쿼터스 장치와 같은 다른 분야에 큰 영향을 미칠 수 있습니다." 

획기적인 발견은 다음과 같은 시기에 이루어졌습니다. AI 붐 데이터 센터 용량에 대한 수요가 폭발적으로 증가하고 있습니다. 이 인프라에 부담을 주고 정보를 빠르게 전달하는 데 어려움을 겪고 있습니다. 따라서 기업들은 대규모 AI 모델을 훈련하고 운영하는 데 필요한 막대한 컴퓨팅 요구 사항을 처리하기 위해 AI 전문 인프라를 구축하고 있습니다. 

이미 섬유 광 링크는 활용되고 있다 고급 데이터 센터를 이용해 데이터를 전송하지만, 이들 역시 단일 파장 레이저에 의존합니다.

수십 개의 빔을 가지고 있어서 달리는 병렬로 통해 같은 단일 광섬유를 사용하면 하나의 빔으로 단 하나의 데이터 스트림만 전송하는 대신, 주파수 빗을 사용하면 데이터 센터의 기능을 획기적으로 향상시킬 수 있습니다.

이와 동일한 원리가 WDM(파장 분할 다중화)의 기본 원리였습니다. 광섬유 기술 각 스트림에 고유한 파장의 빛을 할당하여 단일 광섬유를 통해 여러 데이터 스트림을 동시에 전송하여 데이터 용량을 크게 증가시킵니다. 더 높은 대역폭을 허용합니다. WDM은 1990년대 후반에 인터넷이 글로벌 고속 네트워크로 발전하는 데 기여했습니다.

이제 립슨의 팀은 칩에 바로 장착할 수 있을 만큼 작은 고출력, 다중 파장 빗살을 만들고 있습니다. 이 성과는 소개할 수 있게 하다 이 기능을 그 현대 컴퓨팅 시스템의 일부 작고 비싼.

이러한 방식으로 칩은 정보 전송 및 처리 방식을 간소화하여 데이터 센터의 운영 방식을 변경할 수 있습니다., 영향을 미치다 차세대 데이터 센터를 비롯한 효율적인 광통신에 의존하는 여러 기기의 설계에 활용될 수 있습니다. 이러한 칩은 첨단 LiDAR 시스템, 소형 양자 장치, 초정밀 광시계, 휴대용 분광기 개발에도 활용될 수 있습니다.

"이것은 실험실 수준의 광원을 실제 기기에 적용하는 것입니다. 강력하고 효율적이며 충분히 작게 만들 수 있다면 거의 모든 곳에 적용할 수 있습니다."

- 길 몰리나

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레이저 기술에 투자

광자 및 레이저 기술 분야의 글로벌 리더 코히런트 (COHR -5 %) 반도체 레이저 다이오드와 고성능 광학 부품을 생산합니다.

Coherent는 오늘날의 첨단 컴퓨팅과 데이터 전송 시대에 필수적인 광자 기반 솔루션을 개발하고 제조하는 것을 핵심 사업으로 삼고 있으며, 광통신 산업에서 지배적인 세력으로 자리매김했으며 강력한 시장 점유율을 차지하고 있습니다. 

해당 부문에는 화합물 반도체 기술을 활용하여 구성 요소와 하위 시스템을 제공하는 네트워킹, 탄화규소(SiC), 안티모나이드 갈륨(GaSb), 비소화 갈륨(GaAs), 인화인듐(InP), 셀레나이드 아연(ZnSe), 황화아연(ZnS)을 기반으로 하는 광전자 소자를 포함하는 소재, 그리고 반도체, 정밀 제조, 항공우주 및 방위 산업 고객에게 레이저와 광학 제품을 제공하는 레이저 부문이 포함됩니다.

코히런트 (COHR -5 %)

Coherent는 광범위한 혁신적인 광자 기반 제품을 통해 고객에게 맞춤형 및 엔드투엔드 솔루션을 제공하고 AI 인프라의 확장성 요구 사항도 충족합니다.

AI 시장에 대한 전략적 집중을 통해 Coherent는 지속적인 AI 성장의 잠재적 주요 수혜자로 자리매김했습니다. 이 고성능 광학 부품에 대한 수요 증가에 따른 추가적인 성장입니다. 하지만 동시에 회사는 AI 및 광통신 부문의 경쟁 심화로 인한 어려움에 직면해 있습니다.

때에 온다 Coherent의 시장 성과는 강세 흐름을 누리고 있습니다. 훨씬 좋아. 광범위한 주식 시장. 올해 들어 COHR 주가는 29.16% 상승했으며, 이 글을 쓰는 시점에서는 현재 123.70달러에 거래되고 있습니다. 이는 새로운 사상 최고치(ATH)로, 회사 시가총액은 19.20억 달러에 달합니다.

4월에는 주식 시장이 조정을 겪으면서 COHR 주가가 50달러까지 하락했습니다., 이후 그 후, Coherent의 주가는 약 146% 상승했습니다. 2년 전만 해도 COHR은 30달러 이하에서 거래되었는데, 이는 강력한 회복세를 의미합니다.

이에 따라 회사는 -0.62의 EPS(TTM)와 -198.72의 P/E(TTM)를 제공합니다.

Coherent의 재무 상태를 살펴보면, 2025년 6월 30일 마감된 4분기에 15억 3천만 달러의 기록적인 매출을 기록했다고 보고했습니다. 해당 기간의 GAAP 매출 총이익률은 35.7%, GAAP 순손실은 희석 주당 0.83달러였고, 비GAAP 기준으로는 매출 총이익률이 38.1%, 희석 주당 순이익은 1.00달러였습니다.

2025 회계연도 전체 매출은 58억 1천만 달러라는 역대 최고치를 기록했습니다. GAAP 매출 총이익률은 35.2%, GAAP 순손실은 희석 주당 0.52달러였으며, 비GAAP 매출 총이익률은 37.9%, 희석 주당 순이익은 3.53달러였습니다.

CEO 짐 앤더슨에 따르면:

"2025 회계연도에는 매출 성장률 23%, 비일반회계기준(Non-GAAP) 주당순이익(EPS) 성장률 191%라는 탄탄한 실적을 달성했습니다. AI 데이터센터와 같은 핵심 성장 동력에 대한 노출을 고려할 때, 장기적으로도 탄탄한 매출 및 이익 성장을 지속할 수 있는 유리한 입지를 갖추고 있다고 생각합니다."

이 분기에 회사는 고성능 AI 데이터 센터 애플리케이션을 구현하는 1.6T 트랜시버 제품 출하를 시작했습니다. 새로운 다이아몬드 SiC 복합소재도 소개되었습니다. 이러한 데이터 센터의 고급 냉각을 위해.

또한 Coherent는 광 회로 스위치(OCS)에서 첫 수익을 올렸고 엑시머 레이저 플랫폼을 출시했습니다. 그랬어 업데이트 신흥 에너지용 초전도 테이프의 고온 생산을 위해 기술, 퓨전과 같은 것. 

Coherent는 지난 몇 주 동안 여러 가지 신제품을 출시했습니다. 여기에는 AI와 클라우드를 위한 더 효율적이고 빠른 광 트랜시버를 구현하는 4채널 IC 전체 시리즈, 기존 광섬유 인프라의 용량을 극대화하는 업계 최초의 QSFP28 듀얼 레이저 100G ZR 솔루션, 공동 패키지 광학 및 실리콘 광자공학 애플리케이션의 까다로운 요구 사항을 충족하는 고출력 400mW 연속파 레이저가 포함됩니다.

최근 Coherent는 현대 데이터 센터에서 급증하는 데이터 트래픽 수요를 해결하기 위해 차세대 2D VCSEL 및 포토다이오드(PD) 어레이를 시연했습니다.

몇 주 전, Coherent는 기존 회전 신용 약정을 재융자하고 총 한도를 700억 달러로 늘리는 것을 포함하는 개정안을 체결했습니다., 신용 계약에 따라 JPMorgan 체이스 뱅크 (JPM -1.91 %) 및 기타 대출 기관 개선 회사의 운영과 성장을 뒷받침하는 유동성과 재무적 유연성.

결론

컬럼비아 대학에는 만든 엔지니어링 성취, 보여주는 과학에서 예상치 못한 순간이 어떻게 이어질 수 있는지 더 크고 더 나은 발견과 함께 능력 전체 필드를 다시 정의합니다. 단일의 어수선한 빔을 수십 개의 강력하고 안정적인 빛 채널로 변환함으로써,이 팀은 차세대 광학 시스템을 위한 기초를 마련했습니다.

이와 같은 서비스: LiDAR 혁신 및 양자 장치 축소 AI 기반 데이터 센터의 용량을 늘리는 데 있어 이 기술은 광자 통합에 있어 큰 도약을 의미합니다. 그리고 세계가 더 빠르고 에너지 효율적인 통신 시스템을 향해 나아가면서, 소형 f주파수 빗살형 칩은 미래 컴퓨팅 인프라의 기반을 형성할 수 있습니다.

인공 지능 투자에 대한 모든 내용을 알아보려면 여기를 클릭하세요.

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참고자료

1. Gil-Molina, A., Antman, Y., Westreich, O. 외 (2025). 고출력 전기 펌핑 마이크로콤. Nature Photonics, 19(10), 873–879. 2025년 10월 7일 출판. https://doi.org/10.1038/s41566-025-01769-z

컬럼비아 엔지니어링의 연구원들은 레이저를 "주파수 빗"으로 변환하여 동시에 여러 개의 강력한 빛 채널을 생성할 수 있는 새로운 칩을 개발했습니다.

연구원들은 특수 잠금 메커니즘을 활용하여 지저분한 레이저 광선을 제거하고 소형 실리콘 장치에서 실험실 수준의 정확도를 달성했습니다.이러한 성과는 데이터 센터의 효율성을 크게 개선하고 LiDAR, 센싱, 양자 ​​기술의 혁신을 촉진할 수 있습니다.

마이크로콤, 실험실 수준의 정밀도를 칩에 압축 

연구진은 LiDAR(Light Detection and Ranging) 기술을 개선하기 위해 고출력 마이크로콤 장치를 개발했습니다.

LiDAR는 펄스 레이저 광선을 사용하여 거리를 계산하고 주변 환경의 고해상도 3D 모델을 생성하는 원격 감지 기술입니다. 레이더처럼 작동하지만 소리 대신 빛을 사용합니다.

이 시스템은 레이저 펄스를 방출하고 돌아오는 펄스의 시간을 측정하여 물체까지의 정확한 거리를 측정하고 실시간으로 움직임을 추적합니다.

레이저, 스캐너 및 특수 GPS 수신기로 구성된 LiDAR 이 기기는 데이터의 세부적인 '포인트 클라우드'를 생성하는데, 이 데이터는 자율주행, 환경 모니터링, 측량, 고고학 등의 응용 프로그램을 위한 3D 지도를 만드는 데 사용됩니다.

이 기술은 1960년대에 발명되어 기상학, 해양 탐사, 지형 지도 제작에 처음 적용되다가 NASA에 의해 우주로 확장되었습니다. 2010년대에는 상업용 자동차에 LiDAR가 사용되기 시작했으며, 이후 자동차용 LiDAR는 고급 전기차에서 큰 인기를 얻었습니다.

LiDAR의 적용이 확대됨에 따라 연구자들은 기술 개선을 위해 끊임없이 노력해 왔습니다. 레이저 기술의 여러 흥미로운 혁신 기술이 첨단 광학 기술과 통합되어 LiDAR 시스템의 소형화를 더욱 가속화하고 장기적인 미래를 위한 가능성을 제시합니다.

컬럼비아 대학교 공학 및 응용 과학부 연구원들의 초점은 칩 규모 주파수 빗 생성을 가능하게 하기 위해 소형 레이저 시스템에서 더 높은 전력과 스펙트럼 순도를 해제하는 방법을 찾는 것이었습니다. 향상 통신, 감지, 분광학, LiDAR 및 기타 통합 광자 응용 분야.

그래서 그들은 균일하게 간격을 둔 일련의 광 주파수를 생성하는 소형 광자 장치인 마이크로 빗을 만들었습니다. 칩 위의 빗살처럼.

이러한 통합형 소형 주파수 빗은 이러한 응용 분야에 전통적으로 필요했던 복잡한 시스템의 크기를 줄일 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 따라서 통합 마이크로 빗은 다음과 같은 다양한 응용 분야에 유망합니다. 높은 출력 전력, 작은 설치 공간, 높은 효율성을 특징으로 하는 분광학, 감지, 데이터 통신 등이 있습니다.

최근 연구자들은 이득 칩(반도체 광학 소자)과 최첨단 공진기를 통합하여 전기적으로 펌핑되는 마이크로콤을 시연했습니다. 그러나 전체적인 광 출력은 여전히 ​​실제 솔루션에 필요한 수준에 비해 훨씬 낮습니다.

이 제한은 해결되었다 고출력 전기 펌핑 커 주파수 마이크로 빗을 시연하는 컬럼비아 연구원들에 의해 이루어졌습니다. 

'엉터리' 다이오드에서 깨끗한 마이크로콤으로

흥미로운 점은 이것이 우연히 발견되었다는 것입니다. 몇 년 전, 공동 저자인 Michal Lipson 연구실의 연구원들은 전기공학과 Eugene Higgins 교수이자 응용물리학 교수 LiDAR 기능을 강화하기 위한 프로젝트를 진행 중이었습니다. 때 뭔가 놀라운 것을 발견했습니다.

그들은 더 밝은 광선을 생성할 수 있는 고출력 칩을 설계하고 있었고, "칩을 통해 점점 더 많은 전력을 보내면서 주파수 빗살이라고 부르는 것이 생성되는 것을 발견했습니다."라고 Lipson 연구실의 전 박사후 연구원이자 현재 Xscape Photonics의 수석 엔지니어인 Andres Gil-Molina가 말했습니다.

주파수 빗살은 불연속적이고 규칙적인 간격의 스펙트럼 선으로 구성된 스펙트럼입니다. 즉, 이 특수한 유형의 빛은 무지개에서 볼 수 있듯이 서로 다른 색이 질서 있게 나란히 배열되어 있다는 것을 의미합니다.

여기에는 수십 개의 빛 주파수가 빛납니다. 하지만 서로 다른 색깔이나 주파수 사이의 간격은 어둡게 유지됩니다. 따라서 스펙트로그램에서 이러한 서로 다른 밝은 주파수를 볼 때 스파이크처럼 보입니다. 빗에 이빨이 있어서 이런 이름이 붙었습니다.

서로 다른 색상의 빛이 서로 간섭하지 않기 때문에 각 이빨은 자체 채널 역할을 하며, 여러 스트림의 데이터를 동시에 전송할 수 있는 놀라운 기회를 제공합니다.

매우 유익하지만, 강력한 주파수 빗을 만들려면 크고 값비싼 레이저와 증폭기가 필요합니다. 

에 게시됨 자연 Photonics¹, 논문에서는 다음과 같은 내용을 자세히 설명합니다. 같은 일을 할 수 있다 단일 칩에. 

"저희가 개발한 기술은 매우 강력한 레이저를 하나의 칩에 수십 개의 깨끗하고 고출력 채널을 구현합니다. 즉, 여러 개의 개별 레이저 랙을 하나의 소형 장치로 대체하여 비용을 절감하고 공간을 절약하며 훨씬 빠르고 에너지 효율적인 시스템을 구축할 수 있습니다."

– 길 몰리나

이 연구는 다양한 파장을 포함하는 강력하고 효율적인 광원에 대한 데이터 센터의 엄청난 수요를 충족할 수 있을 뿐만 아니라, 실리콘 광자공학을 발전시키려는 팀의 사명에 있어서도 이정표를 세웠습니다.

훨씬 더 빠른 데이터 전송을 가능하게 하는 것으로 알려져 있습니다. 기존 방식보다 전력 소모가 적고 발열도 적습니다. 전자 회로, 실리콘 광자공학은 고속 데이터 센터, AI, LiDAR, 양자 기술, IoT, 5G에 응용되고 있습니다.

실리콘 광자공학은 광 기반 구성 요소를 통합합니다. 표준 CMOS 제조 공정을 사용하여 실리콘 칩에 광자 집적 회로(PIC)를 생성합니다. 이 기술은 실리콘 온 인슐레이터(SOI) 웨이퍼를 반도체 플랫폼으로 사용하여 광도파관 및 기타 구성 요소를 형성하여 더 빠르고 에너지 효율적인 통신과 더 작고 비용 효율적인 장치를 구현합니다.

"이 기술이 중요 인프라와 일상생활에 점점 더 중요해짐에 따라, 이러한 발전은 데이터 센터의 효율성을 최대한 높이는 데 필수적입니다."

– 립슨

자가 주입 잠금이 빛을 세척하고 증폭하는 방식

칩에 장착할 수 있는 가장 강력한 레이저는 무엇일까요? 이 질문이 연구진의 획기적인 발견으로 이어졌습니다.

컬럼비아 팀은 다중 모드 레이저 다이오드를 선택했습니다. 레이저 다이오드(LD)는 특정 파장에서 단색광을 생성하는 반도체 소자입니다. 다중 모드 레이저 다이오드 또는 광역 레이저(BAL)는 더 높은 출력을 제공하며, 높은 광 출력이 필요하고 빔 품질이 덜 중요한 경우에 이상적입니다.

이러한 장치는 더 넓은 빔을 생성하여 빔 품질을 저하시킵니다. 하지만 전력 밀도는 증가합니다. 멀티모드 레이저 다이오드는 다음과 같은 응용 분야에서 널리 사용됩니다. 의료기기, 인쇄 및 이미징, 레이저 절단 도구. 

엄청난 양의 빛을 생성하는 반면, 이러한 레이저의 빔은 "지저분"하여 정밀한 응용 분야에 활용하기 어렵습니다. 

실리콘 광자 칩에 다중 모드 레이저 다이오드를 통합하면 빛 경로가 다음과 같습니다. 너비가 딱 몇 마이크로미터(μm) 또는 수백 나노미터(nm), 그러나, 신중한 엔지니어링이 필요합니다.

이 강력하지만 매우 시끄러운 광원을 정화하기 위해 연구팀은 잠금 장치를 사용했습니다.

비선형 영역에서 자체 주입 잠금이 채택되어 칩 내 높은 전력 빗살을 생성하고 펌프 소스의 응집성을 정제했습니다. 동시에.

주입 잠금은 근처 주파수에서 작동하는 두 번째 발진기에 의해 발진기가 방해를 받을 때 발생할 수 있는 주파수 효과입니다. 주파수가 충분히 가깝고 결합이 강할 때두 번째 발진기는 첫 번째 발진기를 포착하여 본질적으로 두 번째 발진기와 동일한 주파수를 갖게 할 수 있습니다.

이 기술은 고출력 출력이 필요한 경우 연속파(CW) 단일 주파수 레이저 소스에 주로 적용됩니다. 와 결합하다 매우 낮은 강도의 소음과 위상 소음.

실리콘 광자공학을 사용하여 재구성하고 정리합니다. 레이저의 출력보다 안정적이고 깨끗한 빔을 생성합니다. 그것은 높은 일관성. 빛이 정화되면 칩의 비선형 광학적 속성이 적용되어 단일 강력한 빔이 수십 가지 색상으로 분할됩니다. 균등하게 간격을 두고 있다이는 주파수 빗의 주요 특성입니다.

그 결과, 소형이면서도 효율성이 높은 광원은 산업용 레이저의 순수한 힘과 첨단 통신 및 감지에 필요한 안정성과 정밀성을 결합했습니다.

낮은 코히어런스 소스가 통합되었습니다. 높은 출력 전력과 실리콘 질화물 링 공진기를 갖추고 있습니다. 공진기 설계되었습니다 정상적인 군속도 분산은 광 주파수가 증가함에 따라 속도가 감소함을 의미합니다.. 이 긴 파장의 빛이 매체에서 짧은 파장보다 더 빨리 이동하면서 광 펄스가 시간이 지남에 따라 퍼지는 현상이 발생합니다.

연구팀이 개발한 마이크로콤은 최대 158mW의 온칩 전력을 달성했습니다. 한편, 마이크로콤 라인의 고유 선폭은 200kHz였습니다. 연구자들도 보여 빗살의 수가 두 배 이상 뛰어난 100μW 그리고 훨씬 더 높은 수준 칩 내 전력 수준이 이전에 보고된 결과보다 높습니다.

연구자들은 이렇게 말했습니다.

"저희의 새로운 전기 펌핑 마이크로콤 소스는 데이터 통신에 필요한 크기, 전력, 선폭을 갖추고 있으며, 고성능 컴퓨팅과 스펙트럼 감지 및 시간 측정 애플리케이션을 위한 유비쿼터스 장치와 같은 다른 분야에 큰 영향을 미칠 수 있습니다." 

획기적인 발견은 다음과 같은 시기에 이루어졌습니다. AI 붐 데이터 센터 용량에 대한 수요가 폭발적으로 증가하고 있습니다. 이 인프라에 부담을 주고 정보를 빠르게 전달하는 데 어려움을 겪고 있습니다. 따라서 기업들은 대규모 AI 모델을 훈련하고 운영하는 데 필요한 막대한 컴퓨팅 요구 사항을 처리하기 위해 AI 전문 인프라를 구축하고 있습니다. 

이미 섬유 광 링크는 활용되고 있다 고급 데이터 센터를 이용해 데이터를 전송하지만, 이들 역시 단일 파장 레이저에 의존합니다.

수십 개의 빔을 가지고 있어서 달리는 병렬로 통해 같은 단일 광섬유를 사용하면 하나의 빔으로 단 하나의 데이터 스트림만 전송하는 대신, 주파수 빗을 사용하면 데이터 센터의 기능을 획기적으로 향상시킬 수 있습니다.

이와 동일한 원리가 WDM(파장 분할 다중화)의 기본 원리였습니다. 광섬유 기술 각 스트림에 고유한 파장의 빛을 할당하여 단일 광섬유를 통해 여러 데이터 스트림을 동시에 전송하여 데이터 용량을 크게 증가시킵니다. 더 높은 대역폭을 허용합니다. WDM은 1990년대 후반에 인터넷이 글로벌 고속 네트워크로 발전하는 데 기여했습니다.

이제 립슨의 팀은 칩에 바로 장착할 수 있을 만큼 작은 고출력, 다중 파장 빗살을 만들고 있습니다. 이 성과는 소개할 수 있게 하다 이 기능을 그 현대 컴퓨팅 시스템의 일부 작고 비싼.

이러한 방식으로 칩은 정보 전송 및 처리 방식을 간소화하여 데이터 센터의 운영 방식을 변경할 수 있습니다., 영향을 미치다 차세대 데이터 센터를 비롯한 효율적인 광통신에 의존하는 여러 기기의 설계에 활용될 수 있습니다. 이러한 칩은 첨단 LiDAR 시스템, 소형 양자 장치, 초정밀 광시계, 휴대용 분광기 개발에도 활용될 수 있습니다.

"이것은 실험실 수준의 광원을 실제 기기에 적용하는 것입니다. 강력하고 효율적이며 충분히 작게 만들 수 있다면 거의 모든 곳에 적용할 수 있습니다."

- 길 몰리나

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레이저 기술에 투자

광자 및 레이저 기술 분야의 글로벌 리더 코히런트 (COHR -5 %) 반도체 레이저 다이오드와 고성능 광학 부품을 생산합니다.

Coherent는 오늘날의 첨단 컴퓨팅과 데이터 전송 시대에 필수적인 광자 기반 솔루션을 개발하고 제조하는 것을 핵심 사업으로 삼고 있으며, 광통신 산업에서 지배적인 세력으로 자리매김했으며 강력한 시장 점유율을 차지하고 있습니다. 

해당 부문에는 화합물 반도체 기술을 활용하여 구성 요소와 하위 시스템을 제공하는 네트워킹, 탄화규소(SiC), 안티모나이드 갈륨(GaSb), 비소화 갈륨(GaAs), 인화인듐(InP), 셀레나이드 아연(ZnSe), 황화아연(ZnS)을 기반으로 하는 광전자 소자를 포함하는 소재, 그리고 반도체, 정밀 제조, 항공우주 및 방위 산업 고객에게 레이저와 광학 제품을 제공하는 레이저 부문이 포함됩니다.

코히런트 (COHR -5 %)

Coherent는 광범위한 혁신적인 광자 기반 제품을 통해 고객에게 맞춤형 및 엔드투엔드 솔루션을 제공하고 AI 인프라의 확장성 요구 사항도 충족합니다.

AI 시장에 대한 전략적 집중을 통해 Coherent는 지속적인 AI 성장의 잠재적 주요 수혜자로 자리매김했습니다. 이 고성능 광학 부품에 대한 수요 증가에 따른 추가적인 성장입니다. 하지만 동시에 회사는 AI 및 광통신 부문의 경쟁 심화로 인한 어려움에 직면해 있습니다.

때에 온다 Coherent의 시장 성과는 강세 흐름을 누리고 있습니다. 훨씬 좋아. 광범위한 주식 시장. 올해 들어 COHR 주가는 29.16% 상승했으며, 이 글을 쓰는 시점에서는 현재 123.70달러에 거래되고 있습니다. 이는 새로운 사상 최고치(ATH)로, 회사 시가총액은 19.20억 달러에 달합니다.

4월에는 주식 시장이 조정을 겪으면서 COHR 주가가 50달러까지 하락했습니다., 이후 그 후, Coherent의 주가는 약 146% 상승했습니다. 2년 전만 해도 COHR은 30달러 이하에서 거래되었는데, 이는 강력한 회복세를 의미합니다.

이에 따라 회사는 -0.62의 EPS(TTM)와 -198.72의 P/E(TTM)를 제공합니다.

Coherent의 재무 상태를 살펴보면, 2025년 6월 30일 마감된 4분기에 15억 3천만 달러의 기록적인 매출을 기록했다고 보고했습니다. 해당 기간의 GAAP 매출 총이익률은 35.7%, GAAP 순손실은 희석 주당 0.83달러였고, 비GAAP 기준으로는 매출 총이익률이 38.1%, 희석 주당 순이익은 1.00달러였습니다.

2025 회계연도 전체 매출은 58억 1천만 달러라는 역대 최고치를 기록했습니다. GAAP 매출 총이익률은 35.2%, GAAP 순손실은 희석 주당 0.52달러였으며, 비GAAP 매출 총이익률은 37.9%, 희석 주당 순이익은 3.53달러였습니다.

CEO 짐 앤더슨에 따르면:

"2025 회계연도에는 매출 성장률 23%, 비일반회계기준(Non-GAAP) 주당순이익(EPS) 성장률 191%라는 탄탄한 실적을 달성했습니다. AI 데이터센터와 같은 핵심 성장 동력에 대한 노출을 고려할 때, 장기적으로도 탄탄한 매출 및 이익 성장을 지속할 수 있는 유리한 입지를 갖추고 있다고 생각합니다."

이 분기에 회사는 고성능 AI 데이터 센터 애플리케이션을 구현하는 1.6T 트랜시버 제품 출하를 시작했습니다. 새로운 다이아몬드 SiC 복합소재도 소개되었습니다. 이러한 데이터 센터의 고급 냉각을 위해.

또한 Coherent는 광 회로 스위치(OCS)에서 첫 수익을 올렸고 엑시머 레이저 플랫폼을 출시했습니다. 된 업데이트 신흥 에너지용 초전도 테이프의 고온 생산을 위해 기술, 퓨전과 같은 것. 

Coherent는 지난 몇 주 동안 여러 가지 신제품을 출시했습니다. 여기에는 AI와 클라우드를 위한 더 효율적이고 빠른 광 트랜시버를 구현하는 4채널 IC 전체 시리즈, 기존 광섬유 인프라의 용량을 극대화하는 업계 최초의 QSFP28 듀얼 레이저 100G ZR 솔루션, 공동 패키지 광학 및 실리콘 광자공학 애플리케이션의 까다로운 요구 사항을 충족하는 고출력 400mW 연속파 레이저가 포함됩니다.

최근 Coherent는 현대 데이터 센터에서 급증하는 데이터 트래픽 수요를 해결하기 위해 차세대 2D VCSEL 및 포토다이오드(PD) 어레이를 시연했습니다.

몇 주 전, Coherent는 기존 회전 신용 약정을 재융자하고 총 한도를 700억 달러로 늘리는 것을 포함하는 개정안을 체결했습니다., 신용 계약에 따라 JPMorgan 체이스 뱅크 (JPM -1.91 %) 및 기타 대출 기관 개선 회사의 운영과 성장을 뒷받침하는 유동성과 재무적 유연성.

결론

컬럼비아 대학에는 만든 엔지니어링 성취, 보여주는 과학에서 예상치 못한 순간이 어떻게 이어질 수 있는지 더 크고 더 나은 발견과 함께 능력 전체 필드를 다시 정의합니다. 단일의 어수선한 빔을 수십 개의 강력하고 안정적인 빛 채널로 변환함으로써,이 팀은 차세대 광학 시스템을 위한 기초를 마련했습니다.

이와 같은 서비스: LiDAR 혁신 및 양자 장치 축소 AI 기반 데이터 센터의 용량을 늘리는 데 있어 이 기술은 광자 통합에 있어 큰 도약을 의미합니다. 그리고 세계가 더 빠르고 에너지 효율적인 통신 시스템을 향해 나아가면서, 소형 f주파수 빗살형 칩은 미래 컴퓨팅 인프라의 기반을 형성할 수 있습니다.

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참고자료

1. Gil-Molina, A., Antman, Y., Westreich, O. 외 (2025). 고출력 전기 펌핑 마이크로콤. Nature Photonics, 19(10), 873–879. 2025년 10월 7일 출판. https://doi.org/10.1038/s41566-025-01769-z