Disruptieve technologie
Chip-Scale Frequentiecombs Stuwen de Toekomst van Data
Onderzoekers van Columbia Engineering hebben een nieuwe chip gemaakt die een laser kan omvormen tot een “frequentiecom”, waarbij meerdere krachtige lichtkanalen tegelijk worden gegenereerd.
Door een speciaal vergrendelingsmechanisme te gebruiken, hebben de onderzoekers rommelig laserlicht opgeschoond en lab‑nauwkeurigheid bereikt op een klein siliciumapparaat. Deze prestatie kan de efficiëntie van datacenters aanzienlijk verbeteren en innovaties in LiDAR, sensortechnologie en kwantumtechnologie stimuleren.
Microcombs verkleinen lab‑nauwkeurigheid tot op een chip
De onderzoekers hebben het high‑power microcomb‑apparaat ontwikkeld om LiDAR (Light Detection and Ranging) technologie te verbeteren.
LiDAR is een remote‑sensing‑technologie die gepulseerd laserlicht gebruikt om afstanden te berekenen en hoge‑resolutie 3D‑modellen van de omgeving te creëren. Het werkt als radar, maar gebruikt licht in plaats van geluid.
The system emits laser pulses and times their return to measure precise distances to objects and track movement in real time.
Bestaande uit een laser, een scanner en een gespecialiseerde GPS‑ontvanger, genereert een LiDAR instrument een gedetailleerde ‘point cloud’ aan gegevens, die vervolgens wordt gebruikt om 3D‑kaarten te maken voor toepassingen zoals autonoom rijden, milieumonitoring, landmeten en archeologie.
De technologie werd al in de jaren zestig uitgevonden, aanvankelijk toegepast in meteorologie, oceaanmonitoring en topografische kaartproductie, voordat het gebruik werd uitgebreid naar de ruimte door NASA. In de jaren 2010 begonnen commerciële auto’s LiDAR te gebruiken, en sindsdien is automotive LiDAR zeer populair geworden in high‑end elektrische auto’s.
Gezien de groeiende toepassing van LiDAR, werken onderzoekers voortdurend aan het verbeteren van de technologie. Veel opwindende innovaties in lasertechnologieën worden geïntegreerd met geavanceerde optiek, waardoor verdere miniaturisatie mogelijk wordt en er veelbelovend vooruitzicht is voor de langetermijn toekomst van LiDAR‑systemen.
De focus van de onderzoekers van de Columbia University School of Engineering and Applied Science lag op het vinden van een manier om hogere vermogens en spectrale zuiverheid uit compacte lasersystemen te ontsluiten om chip‑scale frequentiecomgeneratie mogelijk te maken om communicatie, sensoring, spectroscopie, LiDAR en andere geïntegreerde fotonische toepassingen te verbeteren.
Dus hebben ze een microcomb gecreëerd, een miniatuur fotonisch apparaat dat een reeks gelijkmatig gespreide optische frequenties produceert, net als de tanden van een kam, op een chip.
Deze geïntegreerde miniatuur frequentiecombs hebben het potentieel om de omvang van complexe systemen die traditioneel voor dergelijke toepassingen nodig zijn te verkleinen. Daarom zijn geïntegreerde microcombs veelbelovend voor talrijke toepassingen die hoge uitgangsvermogen, een kleine voetafdruk en hoge efficiëntie vereisen, zoals spectroscopie, sensoring en datacommunicatie.
Recentelijk hebben onderzoekers elektrisch gepompte microcombs aangetoond door gain‑chips (halfgeleider‑optische elementen) te integreren met eersteklas resonatoren. Maar hun totale optische vermogen is nog steeds veel lager dan wat praktische oplossingen vereisen.
Deze beperking is aangepakt door Columbia‑onderzoekers die high‑power elektrisch gepompte Kerr‑frequentie‑microcombs hebben aangetoond.
Van ‘Rommelige’ Diodes naar Schone Microcombs
Interessant genoeg was dit een toevallige ontdekking. Een paar jaar geleden werkten onderzoekers in het laboratorium van mede‑auteur Michal Lipson, een Eugene Higgins Professor of Electrical Engineering and professor of applied physics, aan een project om de LiDAR‑capaciteiten te verbeteren toen ze iets ongelooflijks opmerkten.
Ze waren high‑power chips aan het ontwerpen die helderdere lichtstralen konden genereren, en “naarmate we meer en meer vermogen door de chip stuurden, merkten we dat het iets creëerde dat we een frequentiecom noemen,” zei Andres Gil‑Molina, een voormalig postdoc‑onderzoeker in Lipson’s laboratorium en momenteel principal engineer bij Xscape Photonics.
Een frequentiecom is een spectrum bestaande uit discrete en regelmatig gespreide spectrale lijnen. Dit betekent dat dit speciale type licht verschillende kleuren bevat die naast elkaar in een ordelijke volgorde staan, zoals je ziet in een regenboog.
Hier stralen tientallen lichtfrequenties. Maar de tussenruimtes tussen deze verschillende kleuren of frequenties blijven donker. Dus, wanneer je naar deze verschillende heldere frequenties op een spectrogram kijkt, lijken ze op pieken of tanden van een kam, vandaar de naam.
Aangezien verschillende kleuren licht niet met elkaar interfereren, fungeert elke tand als een eigen kanaal, wat een ongelooflijke mogelijkheid biedt om meerdere datastromen gelijktijdig te verzenden.
Hoewel uiterst voordelig, vereist het creëren van een krachtige frequentiecom grote en dure lasers en versterkers.
Gepubliceerd in Nature Photonics1, beschrijft het artikel hoe hetzelfde op een enkele chip kan worden gedaan.
“De technologie die we hebben ontwikkeld neemt een zeer krachtige laser en zet deze om in tientallen schone, high‑power kanalen op een chip. Dat betekent dat je rekken met individuele lasers kunt vervangen door één compact apparaat, waardoor kosten worden bespaard, ruimte wordt gewonnen en de deur wordt geopend naar veel snellere, energie‑efficiëntere systemen.”
– Gil-Molina
Deze onderzoek kan niet alleen voldoen aan de enorme vraag van datacenters naar krachtige en efficiënte lichtbronnen met vele golflengten, maar vormt ook een mijlpaal in de missie van het team om siliconen‑fotonica te bevorderen.
Bekend om het mogelijk maken van aanzienlijk snellere gegevensoverdracht terwijl het minder stroom verbruikt en minder warmte genereert dan traditionele elektronische circuits, heeft siliconen‑fotonica toepassingen gevonden in high‑speed datacenters, AI, LiDAR, kwantumtechnologieën, IoT en 5G.
Silicon fotonica integreert lichtgebaseerde componenten op een siliciumchip met behulp van de standaard CMOS-productieprocessen om fotonische geïntegreerde circuits (PIC’s) te creëren. Het maakt gebruik van silicon-on-insulator (SOI) wafers als het halfgeleiderplatform om golfgeleiders en andere componenten te vormen die licht geleiden voor snellere, energie‑efficiëntere communicatie en kleinere, kosteneffectievere apparaten.
“Naarmate deze technologie steeds centraler wordt voor kritieke infrastructuur en ons dagelijks leven, is dit soort vooruitgang essentieel om ervoor te zorgen dat datacenters zo efficiënt mogelijk zijn.”
– Lipson
Hoe Zelfinjectie‑vergrendeling Licht Opschoont en Vermenigvuldigt
Wat is de krachtigste laser die op een chip kan worden geplaatst? Deze vraag leidde de onderzoekers naar hun doorbraak.
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.
These devices produce a broader beam, which reduces beam quality but increases power density. Multimode laser diodes are widely used in applications such as medical devices, printing and imaging, and laser cutting tools.
While producing enormous amounts of light, the beam of these lasers is “messy,” making it hard to utilize them for precise applications.
Integrating a multimode laser diode into a silicon photonics chip, where the light pathways are only as wide as just a few micrometres (μm) or even hundreds of nanometers (nm), however, calls for careful engineering.
To purify this powerful but very noisy source of light, the team used a locking mechanism.
The self-injection locking was employed in the nonlinear regime to generate high on-chip power combs and purify the coherence of the pump source at the same time.
Injection locking is the frequency effect that can occur when an oscillator is disturbed by a second oscillator operating at a nearby frequency. When the frequencies are close enough and coupling is strong, the second oscillator can capture the first one, causing it to have essentially the same frequency as the second oscillator.
This technique is primarily applied to continuous-wave (CW) single-frequency laser sources when a high-power output is required, combining with a very low intensity noise and phase noise.
It relies on silicon photonics to reshape and clean up the output of the laser, generating a more stable and cleaner beam, which is called high coherence. Once the light is purified, nonlinear optical properties of the chip take over, splitting the single powerful beam into dozens of colors that are evenly spaced, which is the key characteristic of a frequency comb.
The resulting compact, high-efficiency light source combines an industrial laser’s raw power with the stability and precision required for advanced communications and sensing.
The low-coherence source was integrated with high output power and silicon nitride ring resonators. The resonators are designed with normal group velocity dispersion, which means velocity decreases as optical frequency increases. This occurs when longer light wavelengths travel faster than shorter wavelengths in a medium, causing optical pulses to spread out over time.
The microcombs created by the team achieved total on-chip power levels up to 158 mW. The comb lines, meanwhile, had an intrinsic linewidth of 200 kHz. The researchers also showed more than twice the number of comb lines surpassing 100 μW and an order-of-magnitude higher on-chip power levels than any previously reported results.
Researchers said:
“Our novel electrically pumped microcomb source has the size, power, and linewidth required for data communications, and could strongly impact other areas such as high-performance computing and ubiquitous devices for spectral-sensing and time-keeping applications.”
The breakthrough comes at a time when the AI boom is causing an explosive increase in the demand for data center capacity. This is causing a strain on their infrastructure, struggling to move information at speed. As a result, companies are building AI-specialized infrastructure to handle the massive computational requirements for training and running large AI models.
Already, fiber optic links are being utilized by advanced data centers to transport data, but even they depend on single-wavelength lasers.
By having dozens of beams running in parallel through the same single fiber, instead of one beam carrying just one data stream, frequency combs can dramatically enhance data centers’ capabilities.
This very same principle was behind WDM, or wavelength-division multiplexing, a fiber-optic technology that sends multiple data streams simultaneously over a single optical fiber by assigning each stream a unique wavelength of light, significantly increasing data capacity and allowing for higher bandwidth. WDM helped the internet become a global high-speed network in the late 1990s.
Now, Lipson’s team is making high-power, multi-wavelength combs so small that they can fit directly on a chip. This achievement will make it possible to introduce this capability into those parts of modern computing systems that are compact and expensive.
This way, the chips can change how data centers operate by streamlining the way information is transmitted and processed, influencing the design of next-gen data centers and many other devices that depend on efficient optical communication. These very same chips could also enable advanced LiDAR systems, compact quantum devices, extremely precise optical clocks, and portable spectrometers.
“This is about bringing lab-grade light sources into real-world devices. If you can make them powerful, efficient, and small enough, you can put them almost anywhere.”
– Gil-Molina
Swipe to scroll →
| Bron | Integratie | Totale On‑Chip Comb Vermogen | Lijnen >100 μW | Intrinsieke Lijnbreedte (per lijn) | Belangrijkste Techniek |
|---|---|---|---|---|---|
| Columbia Engineering (2025) | Multimode laser diode + SiN resonator (on-chip) | ~0.16 W (≈160 mW) | ≥25 | ~200 kHz | Zelfinjectie‑vergrendeling in niet‑lineair regime |
| Eerdere geïntegreerde microcombs | Gain‑chip + high‑Q resonator | Orde van grootte lager | Minder lijnen boven 100 μW | Varieert (meestal breder) | Diverse (vaak lager pompvermogen) |
Investeren in Laser Technologie
Een wereldleider in fotonica en lasertechnologieën, Coherent Corp. (COHR ) produceert halfgeleider‑laserdiodes en high‑performance optische componenten.
Met zijn kernactiviteiten gericht op het ontwikkelen en vervaardigen van op fotonica gebaseerde oplossingen, die cruciaal zijn in het huidige tijdperk van geavanceerde computing en datatransmissie, heeft Coherent zich gevestigd als een dominante kracht in de optische communicatiesector en bezit het een sterk marktaandeel.
Zijn segmenten omvatten Networking, dat gebruikmaakt van zijn compound‑semiconductor‑technologie om componenten en subsystemen te leveren; Materials omvat opto‑elektronische apparaten zoals die op siliciumcarbide (SiC), galliumantimonide (GaSb), galliumarsenide (GaAs), indiumfosfid (InP), zinksulfide (ZnS) en zinksulfide (ZnSe) gebaseerd zijn; en het Lasers‑segment bedient industriële klanten in halfgeleiders, precisie‑fabricage en lucht‑ en ruimtevaart & defensie, en anderen via zijn laser‑ en optiekproducten.
Coherent Corp. (COHR )
Met zijn brede scala aan innovatieve op fotonica gebaseerde producten kan Coherent op maat gemaakte en end‑to‑end oplossingen bieden aan zijn klanten en tevens voldoen aan de schaalbaarheidsbehoeften van AI‑infrastructuur.
Zijn strategische focus op de AI‑markt positioneert Coherent als een potentiële grote begunstigde van de voortdurende AI‑groei. Dit is een aanvulling op de toenemende vraag naar high‑performance optische componenten. Maar tegelijkertijd wordt het bedrijf geconfronteerd met uitdagingen door de toegenomen concurrentie in zowel de AI‑ als de optische communicatiesectoren.
Wat betreft Coherent’s marktprestaties, geniet het van een bullish moment, vergelijkbaar met de brede aandelenmarkt. Tot nu toe dit jaar is het met 29,16 % gestegen; COHR‑aandelen worden momenteel verhandeld tegen $123,70, op het moment van schrijven – een nieuw recordhoogte (ATH) die de marktkapitalisatie van het bedrijf op $19,20 billion brengt.
(COHR )
In april daalden de COHR‑aandelen tot $50 toen de aandelenmarkt een correctie doormaakte, en sindsdien zijn de Coherent‑aandelen met ongeveer 146 % gestegen. En nog twee jaar geleden handelde COHR onder $30, wat een sterk herstel vertegenwoordigt.
Daarmee levert het bedrijf een EPS (TTM) van -0,62 en een P/E (TTM) van -198,72.
Wat Coherent’s financiële positie betreft, rapporteerde het een recordomzet van $1,53 billion voor het vierde kwartaal eindigend op 30 juni 2025. De GAAP brutomarge gedurende de periode was 35,7 % en de GAAP nettoverspilling was $0,83 per verwaterde aandeel, terwijl op non‑GAAP basis de brutomarge 38,1 % was en de nettowinst per verwaterde aandeel $1,00.
Voor het volledige fiscale jaar 2025 was de omzet ook een record $5,81 billion. De GAAP brutomarge was 35,2 % en de GAAP nettoverspilling $0,52 per verwaterde aandeel, terwijl de non‑GAAP brutomarge 37,9 % was en de nettowinst per verwaterde aandeel $3,53.
“We leverden een sterk fiscaal 2025 met een omzetgroei van 23 % en een non‑GAAP EPS‑expansie van 191 %. We geloven dat we goed gepositioneerd zijn om op de lange termijn sterke omzet- en winstgroei te blijven stimuleren, gezien onze blootstelling aan belangrijke groeifactoren zoals AI‑datacenters.”
Tijdens dit kwartaal begon het bedrijf met de verzending van zijn 1,6 T transceiver‑producten, waardoor high‑performance AI‑datacenter‑toepassingen mogelijk worden. Een nieuw diamant‑SiC‑composietmateriaal werd ook geïntroduceerd voor geavanceerde koeling van deze datacenters.
Bovendien zag Coherent zijn eerste omzet uit Optical Circuit Switch (OCS) en introduceerde het excimer‑laserplatform dat is bijgewerkt voor de productie bij hoge temperaturen van supergeleider‑tape voor opkomende energietechnologieën, zoals fusie.
In de afgelopen weken heeft Coherent verschillende nieuwe producten uitgebracht, waaronder een volledige serie quad‑channel IC’s die efficiëntere en snellere optische transceivers voor AI en cloud mogelijk maken, de eerste QSFP28 Dual Laser 100G ZR‑oplossing van de industrie om de capaciteit op bestaande glasvezelinfrastructuur te maximaliseren, en high‑power 400 mW continue‑wave lasers om te voldoen aan de veeleisende eisen van co‑packaged optics en siliconen‑fotonica‑toepassingen.
Recentelijk heeft Coherent zijn next‑generation 2D VCSEL‑ en fotodiode‑ (PD) arrays gedemonstreerd om te voldoen aan de toenemende dataverkeersbehoeften in moderne datacenters.
Een paar weken geleden ging Coherent akkoord met amendementen, waaronder het herfinancieren van bestaande revolverende kredietverplichtingen en het verhogen van de totale faciliteit tot $700 million, in haar kredietovereenkomst met JPMorgan Chase Bank (JPM ) en andere kredietverstrekkers, waardoor de liquiditeit en financiële flexibiliteit van het bedrijf worden verbeterd om operaties en groei te ondersteunen.
Conclusie
Columbia University heeft een technische prestatie geleverd, die laat zien hoe onverwachte momenten in de wetenschap kunnen leiden tot nog grotere en betere ontdekkingen met de mogelijkheid om volledige vakgebieden te herdefiniëren. Door een enkele rommelige bundel om te vormen tot tientallen krachtige, stabiele lichtkanalen, heeft het team de basis gelegd voor de volgende generatie optische systemen.
Van het revolutioneren van LiDAR en het verkleinen van kwantumapparaten tot het vergroten van de capaciteit van AI‑gedreven datacenters, vertegenwoordigt deze technologie een grote sprong in fotonica‑integratie. En nu de wereld toewerkt naar snellere, energie‑efficiëntere communicatiesystemen, kunnen compacte frequentiecom‑chips de basis vormen van de toekomstige computerinfrastructuur.
Klik hier om alles te leren over investeren in kunstmatige intelligentie.
Referenties
- Gil-Molina, A., Antman, Y., Westreich, O., et al. (2025). High‑power elektrisch gepompte microcombs. Nature Photonics, 19(10), 873–879. Published 7 October 2025. https://doi.org/10.1038/s41566-025-01769-z
Onderzoekers van Columbia Engineering hebben een nieuwe chip gemaakt die een laser kan omvormen tot een “frequentiecom”, waarbij meerdere krachtige lichtkanalen tegelijk worden gegenereerd.
Door een speciaal vergrendelingsmechanisme te gebruiken, hebben de onderzoekers rommelig laserlicht opgeschoond en lab‑nauwkeurigheid bereikt op een klein siliciumapparaat. Deze prestatie kan de efficiëntie van datacenters aanzienlijk verbeteren en innovaties in LiDAR, sensortechnologie en kwantumtechnologie stimuleren.
Microcombs verkleinen lab‑nauwkeurigheid tot op een chip
De onderzoekers hebben het high‑power microcomb‑apparaat ontwikkeld om LiDAR (Light Detection and Ranging) technologie te verbeteren.
LiDAR is een remote‑sensing‑technologie die gepulseerd laserlicht gebruikt om afstanden te berekenen en hoge‑resolutie 3D‑modellen van de omgeving te creëren. Het werkt als radar, maar gebruikt licht in plaats van geluid.
The system emits laser pulses and times their return to measure precise distances to objects and track movement in real time.
Bestaande uit een laser, een scanner en een gespecialiseerde GPS‑ontvanger, genereert een LiDAR instrument een gedetailleerde ‘point cloud’ aan gegevens, die vervolgens wordt gebruikt om 3D‑kaarten te maken voor toepassingen zoals autonoom rijden, milieumonitoring, landmeten en archeologie.
De technologie werd al in de jaren zestig uitgevonden, aanvankelijk toegepast in meteorologie, oceaanmonitoring en topografische kaartproductie, voordat het gebruik werd uitgebreid naar de ruimte door NASA. In de jaren 2010 begonnen commerciële auto’s LiDAR te gebruiken, en sindsdien is automotive LiDAR zeer populair geworden in high‑end elektrische auto’s.
Gezien de groeiende toepassing van LiDAR, werken onderzoekers voortdurend aan het verbeteren van de technologie. Veel opwindende innovaties in lasertechnologieën worden geïntegreerd met geavanceerde optiek, waardoor verdere miniaturisatie mogelijk wordt en er veelbelovend vooruitzicht is voor de langetermijn toekomst van LiDAR‑systemen.
De focus van de onderzoekers van de Columbia University School of Engineering and Applied Science lag op het vinden van een manier om hogere vermogens en spectrale zuiverheid uit compacte lasersystemen te ontsluiten om chip‑scale frequentiecomgeneratie mogelijk te maken om communicatie, sensoring, spectroscopie, LiDAR en andere geïntegreerde fotonische toepassingen te verbeteren.
Dus hebben ze een microcomb gecreëerd, een miniatuur fotonisch apparaat dat een reeks gelijkmatig gespreide optische frequenties produceert, net als de tanden van een kam, op een chip.
Deze geïntegreerde miniatuur frequentiecombs hebben het potentieel om de omvang van complexe systemen die traditioneel voor dergelijke toepassingen nodig zijn te verkleinen. Daarom zijn geïntegreerde microcombs veelbelovend voor talrijke toepassingen die hoge uitgangsvermogen, een kleine voetafdruk en hoge efficiëntie vereisen, zoals spectroscopie, sensoring en datacommunicatie.
Recentelijk hebben onderzoekers elektrisch gepompte microcombs aangetoond door gain‑chips (halfgeleider‑optische elementen) te integreren met eersteklas resonatoren. Maar hun totale optische vermogen is nog steeds veel lager dan wat praktische oplossingen vereisen.
Deze beperking is aangepakt door Columbia‑onderzoekers die high‑power elektrisch gepompte Kerr‑frequentie‑microcombs hebben aangetoond.
Van ‘Rommelige’ Diodes naar Schone Microcombs
Interessant genoeg was dit een toevallige ontdekking. Een paar jaar geleden werkten onderzoekers in het laboratorium van mede‑auteur Michal Lipson, een Eugene Higgins Professor of Electrical Engineering and professor of applied physics, aan een project om de LiDAR‑capaciteiten te verbeteren toen ze iets ongelooflijks opmerkten.
Ze waren high‑power chips aan het ontwerpen die helderdere lichtstralen konden genereren, en “naarmate we meer en meer vermogen door de chip stuurden, merkten we dat het iets creëerde dat we een frequentiecom noemen,” zei Andres Gil‑Molina, een voormalig postdoc‑onderzoeker in Lipson’s laboratorium en momenteel principal engineer bij Xscape Photonics.
Een frequentiecom is een spectrum bestaande uit discrete en regelmatig gespreide spectrale lijnen. Dit betekent dat dit speciale type licht verschillende kleuren bevat die naast elkaar in een ordelijke volgorde staan, zoals je ziet in een regenboog.
Hier stralen tientallen lichtfrequenties. Maar de tussenruimtes tussen deze verschillende kleuren of frequenties blijven donker. Dus, wanneer je naar deze verschillende heldere frequenties op een spectrogram kijkt, lijken ze op pieken of tanden van een kam, vandaar de naam.
Aangezien verschillende kleuren licht niet met elkaar interfereren, fungeert elke tand als een eigen kanaal, wat een ongelooflijke mogelijkheid biedt om meerdere datastromen gelijktijdig te verzenden.
Hoewel uiterst voordelig, vereist het creëren van een krachtige frequentiecom grote en dure lasers en versterkers.
Gepubliceerd in Nature Photonics1, beschrijft het artikel hoe hetzelfde op een enkele chip kan worden gedaan.
“De technologie die we hebben ontwikkeld neemt een zeer krachtige laser en zet deze om in tientallen schone, high‑power kanalen op een chip. Dat betekent dat je rekken met individuele lasers kunt vervangen door één compact apparaat, waardoor kosten worden bespaard, ruimte wordt gewonnen en de deur wordt geopend naar veel snellere, energie‑efficiëntere systemen.”
– Gil-Molina
Deze onderzoek kan niet alleen voldoen aan de enorme vraag van datacenters naar krachtige en efficiënte lichtbronnen met vele golflengten, maar vormt ook een mijlpaal in de missie van het team om siliconen‑fotonica te bevorderen.
Bekend om het mogelijk maken van aanzienlijk snellere gegevensoverdracht terwijl het minder stroom verbruikt en minder warmte genereert dan traditionele elektronische circuits, heeft siliconen‑fotonica toepassingen gevonden in high‑speed datacenters, AI, LiDAR, kwantumtechnologieën, IoT en 5G.
Silicon fotonica integreert lichtgebaseerde componenten op een siliciumchip met behulp van de standaard CMOS-productieprocessen om fotonische geïntegreerde circuits (PIC’s) te creëren. Het maakt gebruik van silicon-on-insulator (SOI) wafers als het halfgeleiderplatform om golfgeleiders en andere componenten te vormen die licht geleiden voor snellere, energie‑efficiëntere communicatie en kleinere, kosteneffectievere apparaten.
“Naarmate deze technologie steeds centraler wordt voor kritieke infrastructuur en ons dagelijks leven, is dit soort vooruitgang essentieel om ervoor te zorgen dat datacenters zo efficiënt mogelijk zijn.”
– Lipson
Hoe Zelfinjectie‑vergrendeling Licht Opschoont en Vermenigvuldigt
Wat is de krachtigste laser die op een chip kan worden geplaatst? Deze vraag leidde de onderzoekers naar hun doorbraak.
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.
These devices produce a broader beam, which reduces beam quality but increases power density. Multimode laser diodes are widely used in applications such as medical devices, printing and imaging, and laser cutting tools.
While producing enormous amounts of light, the beam of these lasers is “messy,” making it hard to utilize them for precise applications.
Integrating a multimode laser diode into a silicon photonics chip, where the light pathways are only as wide as just a few micrometres (μm) or even hundreds of nanometers (nm), however, calls for careful engineering.
To purify this powerful but very noisy source of light, the team used a locking mechanism.
The self-injection locking was employed in the nonlinear regime to generate high on-chip power combs and purify the coherence of the pump source at the same time.
Injection locking is the frequency effect that can occur when an oscillator is disturbed by a second oscillator operating at a nearby frequency. When the frequencies are close enough and coupling is strong, the second oscillator can capture the first one, causing it to have essentially the same frequency as the second oscillator.
This technique is primarily applied to continuous-wave (CW) single-frequency laser sources when a high-power output is required, combining with a very low intensity noise and phase noise.
It relies on silicon photonics to reshape and clean up the output of the laser, generating a more stable and cleaner beam, which is called high coherence. Once the light is purified, nonlinear optical properties of the chip take over, splitting the single powerful beam into dozens of colors that are evenly spaced, which is the key characteristic of a frequency comb.
The resulting compact, high-efficiency light source combines an industrial laser’s raw power with the stability and precision required for advanced communications and sensing.
The low-coherence source was integrated with high output power and silicon nitride ring resonators. The resonators are designed with normal group velocity dispersion, which means velocity decreases as optical frequency increases. This occurs when longer light wavelengths travel faster than shorter wavelengths in a medium, causing optical pulses to spread out over time.
The microcombs created by the team achieved total on-chip power levels up to 158 mW. The comb lines, meanwhile, had an intrinsic linewidth of 200 kHz. The researchers also showed more than twice the number of comb lines surpassing 100 μW and an order-of-magnitude higher on-chip power levels than any previously reported results.
Researchers said:
“Our novel electrically pumped microcomb source has the size, power, and linewidth required for data communications, and could strongly impact other areas such as high-performance computing and ubiquitous devices for spectral-sensing and time-keeping applications.”
The breakthrough comes at a time when the AI boom is causing an explosive increase in the demand for data center capacity. This is causing a strain on their infrastructure, struggling to move information at speed. As a result, companies are building AI-specialized infrastructure to handle the massive computational requirements for training and running large AI models.
Already, fiber optic links are being utilized by advanced data centers to transport data, but even they depend on single-wavelength lasers.
By having dozens of beams running in parallel through the same single fiber, instead of one beam carrying just one data stream, frequency combs can dramatically enhance data centers’ capabilities.
This very same principle was behind WDM, or wavelength-division multiplexing, a fiber-optic technology that sends multiple data streams simultaneously over a single optical fiber by assigning each stream a unique wavelength of light, significantly increasing data capacity and allowing for higher bandwidth. WDM helped the internet become a global high-speed network in the late 1990s.
Now, Lipson’s team is making high-power, multi-wavelength combs so small that they can fit directly on a chip. This achievement will make it possible to introduce this capability into those parts of modern computing systems that are compact and expensive.
This way, the chips can change how data centers operate by streamlining the way information is transmitted and processed, influencing the design of next-gen data centers and many other devices that depend on efficient optical communication. These very same chips could also enable advanced LiDAR systems, compact quantum devices, extremely precise optical clocks, and portable spectrometers.
“This is about bringing lab-grade light sources into real-world devices. If you can make them powerful, efficient, and small enough, you can put them almost anywhere.”
– Gil-Molina
Swipe to scroll →
| Bron | Integratie | Totale On‑Chip Comb Vermogen | Lijnen >100 μW | Intrinsieke Lijnbreedte (per lijn) | Belangrijkste Techniek |
|---|---|---|---|---|---|
| Columbia Engineering (2025) | Multimode laser diode + SiN resonator (on-chip) | ~0.16 W (≈160 mW) | ≥25 | ~200 kHz | Zelfinjectie‑vergrendeling in niet‑lineair regime |
| Eerdere geïntegreerde microcombs | Gain‑chip + high‑Q resonator | Orde van grootte lager | Minder lijnen boven 100 μW | Varieert (meestal breder) | Diverse (vaak lager pompvermogen) |
Investeren in Laser Technologie
Een wereldleider in fotonica en lasertechnologieën, Coherent Corp. (COHR ) produceert halfgeleider‑laserdiodes en high‑performance optische componenten.
Met zijn kernactiviteiten gericht op het ontwikkelen en vervaardigen van op fotonica gebaseerde oplossingen, die cruciaal zijn in het huidige tijdperk van geavanceerde computing en datatransmissie, heeft Coherent zich gevestigd als een dominante kracht in de optische communicatiesector en bezit het een sterk marktaandeel.
Zijn segmenten omvatten Networking, dat gebruikmaakt van zijn compound‑semiconductor‑technologie om componenten en subsystemen te leveren; Materials omvat opto‑elektronische apparaten zoals die op siliciumcarbide (SiC), galliumantimonide (GaSb), galliumarsenide (GaAs), indiumfosfid (InP), zinksulfide (ZnS) en zinksulfide (ZnSe) gebaseerd zijn; en het Lasers‑segment bedient industriële klanten in halfgeleiders, precisie‑fabricage en lucht‑ en ruimtevaart & defensie, en anderen via zijn laser‑ en optiekproducten.
Coherent Corp. (COHR )
Met zijn brede scala aan innovatieve op fotonica gebaseerde producten kan Coherent op maat gemaakte en end‑to‑end oplossingen bieden aan zijn klanten en tevens voldoen aan de schaalbaarheidsbehoeften van AI‑infrastructuur.
Zijn strategische focus op de AI‑markt positioneert Coherent als een potentiële grote begunstigde van de voortdurende AI‑groei. Dit is een aanvulling op de toenemende vraag naar high‑performance optische componenten. Maar tegelijkertijd wordt het bedrijf geconfronteerd met uitdagingen door de toegenomen concurrentie in zowel de AI‑ als de optische communicatiesectoren.
Wat betreft Coherent’s marktprestaties, geniet het van een bullish moment, vergelijkbaar met de brede aandelenmarkt. Tot nu toe dit jaar is het met 29,16 % gestegen; COHR‑aandelen worden momenteel verhandeld tegen $123,70, op het moment van schrijven – een nieuw recordhoogte (ATH) die de marktkapitalisatie van het bedrijf op $19,20 billion brengt.
(COHR )
In april daalden de COHR‑aandelen tot $50 toen de aandelenmarkt een correctie doormaakte, en sindsdien zijn de Coherent‑aandelen met ongeveer 146 % gestegen. En nog twee jaar geleden handelde COHR onder $30, wat een sterk herstel vertegenwoordigt.
Daarmee levert het bedrijf een EPS (TTM) van -0,62 en een P/E (TTM) van -198,72.
Wat Coherent’s financiële positie betreft, rapporteerde het een recordomzet van $1,53 billion voor het vierde kwartaal eindigend op 30 juni 2025. De GAAP brutomarge gedurende de periode was 35,7 % en de GAAP nettoverspilling was $0,83 per verwaterde aandeel, terwijl op non‑GAAP basis de brutomarge 38,1 % was en de nettowinst per verwaterde aandeel $1,00.
Voor het volledige fiscale jaar 2025 was de omzet ook een record $5,81 billion. De GAAP brutomarge was 35,2 % en de GAAP nettoverspilling $0,52 per verwaterde aandeel, terwijl de non‑GAAP brutomarge 37,9 % was en de nettowinst per verwaterde aandeel $3,53.
“We leverden een sterk fiscaal 2025 met een omzetgroei van 23 % en een non‑GAAP EPS‑expansie van 191 %. We geloven dat we goed gepositioneerd zijn om op de lange termijn sterke omzet- en winstgroei te blijven stimuleren, gezien onze blootstelling aan belangrijke groeifactoren zoals AI‑datacenters.”
Tijdens dit kwartaal begon het bedrijf met de verzending van zijn 1,6 T transceiver‑producten, waardoor high‑performance AI‑datacenter‑toepassingen mogelijk worden. Een nieuw diamant‑SiC‑composietmateriaal werd ook geïntroduceerd voor geavanceerde koeling van deze datacenters.
Bovendien zag Coherent zijn eerste omzet uit Optical Circuit Switch (OCS) en introduceerde het excimer‑laserplatform dat is bijgewerkt voor de productie bij hoge temperaturen van supergeleider‑tape voor opkomende energietechnologieën, zoals fusie.
In de afgelopen weken heeft Coherent verschillende nieuwe producten uitgebracht, waaronder een volledige serie quad‑channel IC’s die efficiëntere en snellere optische transceivers voor AI en cloud mogelijk maken, de eerste QSFP28 Dual Laser 100G ZR‑oplossing van de industrie om de capaciteit op bestaande glasvezelinfrastructuur te maximaliseren, en high‑power 400 mW continue‑wave lasers om te voldoen aan de veeleisende eisen van co‑packaged optics en siliconen‑fotonica‑toepassingen.
Recentelijk heeft Coherent zijn next‑generation 2D VCSEL‑ en fotodiode‑ (PD) arrays gedemonstreerd om te voldoen aan de toenemende dataverkeersbehoeften in moderne datacenters.
Een paar weken geleden ging Coherent akkoord met amendementen, waaronder het herfinancieren van bestaande revolverende kredietverplichtingen en het verhogen van de totale faciliteit tot $700 million, in haar kredietovereenkomst met JPMorgan Chase Bank (JPM ) en andere kredietverstrekkers, waardoor de liquiditeit en financiële flexibiliteit van het bedrijf worden verbeterd om operaties en groei te ondersteunen.
Conclusie
Columbia University heeft een technische prestatie geleverd, die laat zien hoe onverwachte momenten in de wetenschap kunnen leiden tot nog grotere en betere ontdekkingen met de mogelijkheid om volledige vakgebieden te herdefiniëren. Door een enkele rommelige bundel om te vormen tot tientallen krachtige, stabiele lichtkanalen, heeft het team de basis gelegd voor de volgende generatie optische systemen.
Van het revolutioneren van LiDAR en het verkleinen van kwantumapparaten tot het vergroten van de capaciteit van AI‑gedreven datacenters, vertegenwoordigt deze technologie een grote sprong in fotonica‑integratie. En nu de wereld toewerkt naar snellere, energie‑efficiëntere communicatiesystemen, kunnen compacte frequentiecom‑chips de basis vormen van de toekomstige computerinfrastructuur.
Klik hier om alles te leren over investeren in kunstmatige intelligentie.
Referenties
- Gil-Molina, A., Antman, Y., Westreich, O., et al. (2025). High‑power elektrisch gepompte microcombs. Nature Photonics, 19(10), 873–879. Published 7 October 2025. https://doi.org/10.1038/s41566-025-01769-z
