Chip-skala frekvenskammer gir kraft til datafremtiden

Forskere fra Columbia Engineering har laget en ny chip som kan omdanne en laser til en «frekvenskam», og genererer flere kraftige lyskanaler samtidig.

Ved å bruke en spesiell låsemekanisme renset forskerne den rotete laserlyset og oppnådde laboratoriekvalitet på en liten silisiumenhet. Denne prestasjonen kan betydelig forbedre datasenterets effektivitet og drive innovasjoner innen LiDAR, sensorteknologi og kvanteteknologi.

Mikrokammer krymper laboratoriekvalitet til en chip 

Forskerne utviklet den høyytelses mikrokammer‑enheten for å forbedre LiDAR (Light Detection and Ranging)-teknologien.

LiDAR er en fjernmålings‑teknologi som bruker pulserende laserlys for å beregne avstander og lage høyoppløselige 3D‑modeller av omgivelsene. Den fungerer som radar, men bruker lys i stedet for lyd.

Systemet sender ut laserpulser og måler tiden de tar å returnere for å måle presise avstander til objekter og spore bevegelse i sanntid.

Bestående av en laser, en skanner og en spesialisert GPS‑mottaker, genererer et LiDAR-instrument en detaljert ‘punkt sky’ av data, som deretter brukes til å lage 3D‑kart for applikasjoner som autonom kjøring, miljøovervåking, kartlegging og arkeologi.

Teknologien ble oppfunnet på 1960‑tallet, opprinnelig brukt i meteorologi, havovervåking og topografisk kartlegging, før bruken ble utvidet til romfart av NASA. På 2010‑tallet begynte kommersielle biler å bruke LiDAR, og siden da har bil‑LiDAR blitt svært populært i avanserte elbiler.

Gitt den økende bruken av LiDAR, har forskerne kontinuerlig arbeidet med å forbedre teknologien. Mange spennende innovasjoner innen laserteknologi er integrert med avansert optikk, noe som muliggjør ytterligere miniaturisering og gir løfter for LiDAR‑systemenes langsiktige fremtid.

Fokuset til forskerne fra Columbia University School of Engineering and Applied Science var å finne en måte å låse opp høyere kraft og spektral renhet fra kompakte lasersystemer for å muliggjøre chip‑skala frekvenskamgenerering for å forbedre kommunikasjon, sensoring, spektroskopi, LiDAR og andre integrerte fotoniske applikasjoner.

Dermed har de laget et mikrokammer, en liten fotonisk enhet som produserer en serie jevnt fordelte optiske frekvenser, som tennene på en kam, på en chip.

Disse integrerte, miniaturiserte frekvenskammene har potensial til å redusere størrelsen på komplekse systemer som tradisjonelt kreves for slike applikasjoner. Dermed er integrerte mikrokammer lovende for mange applikasjoner som krever høy utgangseffekt, liten fotavtrykk og høy effektivitet, som spektroskopi, sensoring og datakommunikasjon.

Nylig har forskerne demonstrert elektrisk pumpede mikrokammer gjennom integrering av forsterkningschips (semikonduktive optiske elementer) med toppmoderne resonatorer. Men deres totale optiske effekt er fortsatt mye lavere enn hva praktiske løsninger krever.

Denne begrensningen har blitt adressert av Columbia‑forskerne som demonstrerte høy‑ytelses elektrisk pumpede Kerr‑frekvens mikrokammer. 

Fra ‘rotete’ dioder til rene mikrokammer

Interessant nok var dette en tilfeldig oppdagelse. For noen år siden jobbet forskere i laboratoriet til medforfatter Michal Lipson, en Eugene Higgins Professor i elektroteknikk og professor i anvendt fysikk, med et prosjekt for å forbedre LiDAR‑evner da de la merke til noe utrolig.

De designet høy‑ytelses chips som kunne generere lysere stråler, og “da vi sendte mer og mer kraft gjennom chipen, oppdaget vi at den skapte det vi kaller en frekvenskam,” sa Andres Gil‑Molina, en tidligere postdoktor i Lipsons lab og nå hovedingeniør hos Xscape Photonics.

En frekvenskam er et spektrum bestående av diskrete og jevnt fordelte spektrallinjer. Dette betyr at denne spesielle typen lys inneholder forskjellige farger ordnet ved siden av hverandre på en ryddig måte, som du ser i en regnbue.

Her skinner dusinvis av lysfrekvenser. Men mellomrommene mellom disse forskjellige fargene eller frekvensene forblir mørke. Så når man ser på disse forskjellige lyse frekvensene i et spektrogram, ser de ut som spiker eller tenner på en kam, derav navnet.

Siden forskjellige farger av lys ikke interfererer med hverandre, fungerer hver tann som sin egen kanal, og gir en utrolig mulighet til å sende flere datastrømmer samtidig.

Selv om det er ekstremt fordelaktig, krever det å lage en kraftig frekvenskam store og dyre lasere og forsterkere. 

Publisert i Nature Photonics¹, beskriver artikkelen hvordan det samme kan gjøres på en enkelt chip. 

“Teknologien vi har utviklet tar en svært kraftig laser og gjør den om til dusinvis av rene, høy‑ytelses kanaler på en chip. Det betyr at du kan erstatte rack med individuelle lasere med én kompakt enhet, kutte kostnader, spare plass, og åpne døren for mye raskere, mer energieffektive systemer.”

– Gil‑Molina

Ikke bare kan denne forskningen møte den enorme etterspørselen fra datasentre etter kraftige og effektive lyskilder med mange bølgelengder, men den markerer også et milepæl i teamets oppdrag om å fremme silisium‑fotonikk.

Kjent for å muliggjøre betydelig raskere dataoverføring mens den bruker mindre strøm og genererer mindre varme enn tradisjonelle elektroniske kretser, har silisium‑fotonikk funnet anvendelser i høyhastighets datasentre, AI, LiDAR, kvanteteknologi, IoT og 5G.

Silicon photonics integrerer lysbaserte komponenter på en silisiumchip ved hjelp av standard CMOS‑produksjonsprosesser for å lage fotonisk integrerte kretser (PICs). Den bruker silisium‑on‑insulator (SOI) wafere som halvlederplattform for å danne bølgeledere og andre komponenter som leder lys for raskere, mer energieffektiv kommunikasjon og mindre, mer kostnadseffektive enheter.

“Etter hvert som denne teknologien blir stadig mer sentral for kritisk infrastruktur og vårt daglige liv, er denne typen fremgang essensiell for å sikre at datasentre er så effektive som mulig.”

– Lipson

Hvordan selvinjeksjons‑låsning renser og multipliserer lys

Hva er den kraftigste laseren som kan settes på en chip? Dette spørsmålet førte forskerne til deres gjennombrudd.

Columbia‑teamet valgte en multimode laserdiode. En laserdiode (LD) er en halvlederenhet som produserer ensfarget lys ved en spesifikk bølgelengde. Multimode laserdioder, eller Broad Area Lasers (BALs), gir høyere effekt og er ideelle når høy optisk kraft kreves og strålekvalitet er mindre kritisk.

Disse enhetene produserer en bredere stråle, som reduserer strålekvaliteten men øker krafttettheten. Multimode laserdioder brukes mye i applikasjoner som medisinsk utstyr, trykking og avbildning, og laserskjæreverktøy. 

Selv om de produserer enorme mengder lys, er strålen fra disse laserne “rotete”, noe som gjør det vanskelig å bruke dem i presise applikasjoner. 

Integrering av en multimode laserdiode i en silisium‑fotonikk‑chip, hvor lysveiene kun er så brede som bare noen mikrometer (μm) eller til og med hundrevis av nanometer (nm), krever imidlertid nøye ingeniørarbeid.

For å rense denne kraftige men svært støyende lyskilden, brukte teamet en låsemekanisme.

Selv‑injeksjons‑låsning ble brukt i den ikke‑lineære regimet for å generere høy‑effekt kombinasjoner på chipen og rense koherensen til pumpkilden samtidig.

Injeksjons‑låsning er frekvens‑effekten som kan oppstå når en oscillator forstyrres av en annen oscillator som opererer på en nærliggende frekvens. Når frekvensene er nær nok og koblingen er sterk, kan den andre oscillator fange den første, slik at den i praksis får samme frekvens som den andre oscillator.

Denne teknikken brukes primært på kontinuerlig‑bølge (CW) enkelt‑frekvens laserkilder når høy‑effekt output kreves, i kombinasjon med en svært lav intensitets‑støy og fase‑støy.

Den baserer seg på silisium‑fotonikk for å omforme og rense laserens utgang, og genererer en mer stabil og renere stråle, som kalles høy koherens. Når lyset er renset, tar de ikke‑lineære optiske egenskapene i chipen over, og splitter den ene kraftige strålen i dusinvis av farger som er jevnt fordelt, noe som er det viktigste kjennetegnet ved en frekvenskam.

Den resulterende kompakte, høy‑effektive lyskilden kombinerer en industriell lasers rå kraft med stabiliteten og presisjonen som kreves for avansert kommunikasjon og sensoring.

Den lav‑koherente kilden ble integrert med høy utgangseffekt og silisium‑nitrat ring‑resonatorer. Resonatorene er designet med normal gruppe‑hastighets‑dispersion, noe som betyr at hastigheten reduseres når den optiske frekvensen øker. Dette skjer når lengre lysbølgelengder beveger seg raskere enn kortere bølgelengder i et medium, noe som får optiske pulser til å spre seg over tid.

Mikrokammene laget av teamet oppnådde totale on‑chip‑effektnivåer på opptil 158 mW. Kombinasjonslinjene hadde samtidig en intrinsisk linjebredde på 200 kHz. Forskerne viste også at de hadde mer enn dobbelt så mange kombinasjonslinjer som oversteg 100 μW og en størrelsesorden høyere on‑chip‑effektnivå enn noen tidligere rapporterte resultater.

Forskerne sa:

“Vår nye elektrisk pumpede mikrokammer‑kilde har størrelse, kraft og linjebredde som kreves for datakommunikasjon, og kan ha sterk innvirkning på andre områder som høy‑ytelses databehandling og allestedsnærværende enheter for spektral‑sensing og tidsmåling.” 

Gjennombruddet kommer på et tidspunkt da AI‑boomen forårsaker en eksplosiv økning i etterspørselen etter datasenterkapasitet. Dette legger press på infrastrukturen deres, som sliter med å flytte informasjon i høy hastighet. Som et resultat bygger selskaper AI‑spesialisert infrastruktur for å håndtere de massive beregningskravene for trening og kjøring av store AI‑modeller. 

Allerede blir fiber‑optiske lenker utnyttet av avanserte datasentre for å transportere data, men selv de er avhengige av enkelt‑bølgelengde‑lasere.

Ved å ha dusinvis av stråler som kjører parallelt gjennom den samme enkelt‑fiberen, i stedet for én stråle som bærer kun én datastrøm, kan frekvenskammer dramatisk forbedre datasentrenes kapasitet.

Dette samme prinsippet lå bak WDM, eller wavelength‑division multiplexing, en fiber‑optisk teknologi som sender flere datastrømmer samtidig over en enkelt optisk fiber ved å tildele hver strøm en unik bølgelengde, noe som betydelig øker datakapasiteten og muliggjør høyere båndbredde. WDM hjalp internett med å bli et globalt høyhastighetsnettverk på slutten av 1990‑tallet.

Nå lager Lipsons team høy‑ytelses, fler‑bølgelengde‑kammer så små at de kan passe direkte på en chip. Denne prestasjonen vil gjøre det mulig å introdusere denne evnen i de delene av moderne datasystemer som er kompakte og kostbare.

På denne måten kan chipene endre hvordan datasentre opererer ved å strømlinjeforme hvordan informasjon overføres og behandles, påvirke designet av neste generasjons datasentre og mange andre enheter som er avhengige av effektiv optisk kommunikasjon. Disse samme chipene kan også muliggjøre avanserte LiDAR‑systemer, kompakte kvante‑enheter, ekstremt presise optiske klokker og bærbare spektrometre.

“Dette handler om å bringe laboratoriekvalitet lys‑kilder inn i virkelige enheter. Hvis du kan gjøre dem kraftige, effektive og små nok, kan du plassere dem nesten hvor som helst.”

– Gil‑Molina

Swipe to scroll →

Investering i laser‑teknologi

En global leder innen fotonikk og laserteknologi, Coherent Corp. (COHR ) produserer halvleder‑laserdioder og høy‑ytelses optiske komponenter.

Med sin kjernevirksomhet sentrert rundt utvikling og produksjon av fotonikk‑baserte løsninger, som er kritiske i dagens æra av avansert databehandling og datatransmisjon, har Coherent etablert seg som en dominerende kraft i den optiske kommunikasjonsindustrien og har en sterk markedsandel. 

Dens segmenter inkluderer Networking, som utnytter deres sammensatte halvlederteknologi for å levere komponenter og delsystemer, Materials inkluderer optoelektroniske enheter basert på silisiumkarbid (SiC), galliumantimonid (GaSb), galliumarsenid (GaAs), indiumfosfid (InP), sinkselenid (ZnSe), og sinksvovel (ZnS), og Lasers‑segmentet betjener industrielle kunder innen halvleder, presisjonsproduksjon, og luft‑ og romfart & forsvar, samt andre gjennom sine laser‑ og optikkprodukter.

Coherent Corp. (COHR )

Med sitt brede spekter av innovative fotonikk‑baserte produkter kan Coherent tilby tilpassede og ende‑til‑ende‑løsninger til sine kunder samt betjene AI‑infrastrukturens skaleringsbehov.

Deres strategiske fokus på AI‑markedet posisjonerer Coherent som en potensiell stor nyttehaver av den pågående AI‑veksten. Dette er et tillegg til den økende etterspørselen etter høy‑ytelses optiske komponenter. Men samtidig møter selskapet utfordringer fra økt konkurranse i både AI‑ og optisk‑kommunikasjonssektorene.

Når det gjelder Coherents markedsytelse, nyter de en bullish periode, på samme måte som det brede aksjemarkedet. Opp 29,16 % så langt i år, handles COHR‑aksjene for øyeblikket til $123,70, på tidspunktet for skrivingen – en ny all‑time high (ATH) som gir selskapets markedsverdi $19,20 milliarder.

I april falt COHR‑aksjene til $50 da aksjemarkedet opplevde en korreksjon, og siden da har Coherents aksjer steget med omtrent 146 %. Og for bare to år siden ble COHR handlet under $30, noe som representerer en sterk gjenoppretting.

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

Når det gjelder Coherents finansielle posisjon, rapporterte de rekordinntekter på $1,53 milliarder for fjerde kvartal som endte 30. juni 2025. GAAP bruttofortjeneste i perioden var 35,7 % og GAAP netto tap var $0,83 per utvannet aksje, mens på en non‑GAAP basis var bruttofortjenesten 38,1 % og nettoinntekt per utvannet aksje $1,00.

For hele regnskapsåret 2025 var inntektene også en rekord $5,81 milliarder. GAAP bruttofortjeneste var 35,2 % og GAAP netto tap var $0,52 per utvannet aksje, mens non‑GAAP bruttofortjeneste var 37,9 % og nettoinntekt per utvannet aksje $3,53.

Ifølge administrerende direktør Jim Anderson:

“Vi leverte et sterkt regnskapsår 2025 med inntektsvekst på 23 % og non‑GAAP EPS‑utvidelse på 191 %. Vi tror vi er godt posisjonert til å fortsette å drive sterk inntekts‑ og fortjenestevekst på lang sikt gitt vår eksponering mot nøkkel‑vekstdrivere som AI‑datasentre.”

I dette kvartalet begynte selskapet å sende sine 1,6T transceiver‑produkter, som muliggjør høy‑ytelses AI‑datasenter‑applikasjoner. Et nytt diamant‑SiC‑komposittmateriale ble også introdusert for avansert kjøling av disse datasentrene.

Videre så Coherent sin første inntekt fra Optical Circuit Switch (OCS) og introduserte excimer‑laser‑plattformen som har blitt oppdatert for høy‑temperatur produksjon av superleder‑tape for fremvoksende energiteknologi, som fusjon. 

I de siste ukene har Coherent lansert flere nye produkter, inkludert en hel serie av quad‑channel IC‑er som tillater mer effektive og raskere optiske transceivere for AI og sky, bransjens første QSFP28 Dual Laser 100G ZR‑løsning for å maksimere kapasiteten på eksisterende fiber‑infrastruktur, og høy‑ytelses 400 mW kontinuerlige‑bølge‑lasere for å møte de krevende kravene til co‑packaged optics og silisium‑fotonikk‑applikasjoner.

Nylig demonstrerte Coherent sine neste‑generasjons 2D VCSEL‑ og fotodiode‑arrayer for å møte den økende datatrafikk‑etterspørselen i moderne datasentre.

For et par uker siden inngikk Coherent avtaler som inkluderer refinansiering av eksisterende revolverende kredittforpliktelser og økning av total fasilitet til $700 millioner, til sin kredittavtale med JPMorgan Chase Bank (JPM ) og andre långivere, noe som forbedrer selskapets likviditet og finansielle fleksibilitet for å støtte drift og vekst.

Konklusjon

Columbia University har oppnådd en ingeniørmessig prestasjon, som viser hvordan uventede øyeblikk i vitenskap kan lede til enda større og bedre oppdagelser med evnen til å redefinere hele felt. Ved å transformere en enkelt rotete stråle til dusinvis av kraftige, stabile lyskanaler, har teamet lagt grunnlaget for neste generasjons optiske systemer.

Fra revolusjonerende LiDAR og krympende kvante‑enheter til å øke kapasiteten i AI‑drevne datasentre, representerer denne teknologien et stort sprang i fotonikk‑integrasjon. Og etter hvert som verden marsjerer mot raskere, mer energieffektive kommunikasjonssystemer, kan kompakte frekvenskam‑chips danne grunnlaget for fremtidig datainfrastruktur.

Klikk her for å lære alt om investering i kunstig intelligens.

Referanser

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

Forskere fra Columbia Engineering har laget en ny chip som kan omdanne en laser til en «frekvenskam», og genererer flere kraftige lyskanaler samtidig.

Ved å bruke en spesiell låsemekanisme renset forskerne den rotete laserlyset og oppnådde laboratoriekvalitet på en liten silisiumenhet. Denne prestasjonen kan betydelig forbedre datasenterets effektivitet og drive innovasjoner innen LiDAR, sensorteknologi og kvanteteknologi.

Mikrokammer krymper laboratoriekvalitet til en chip 

Forskerne utviklet den høyytelses mikrokammer‑enheten for å forbedre LiDAR (Light Detection and Ranging)-teknologien.

LiDAR er en fjernmålings‑teknologi som bruker pulserende laserlys for å beregne avstander og lage høyoppløselige 3D‑modeller av omgivelsene. Den fungerer som radar, men bruker lys i stedet for lyd.

Systemet sender ut laserpulser og måler tiden de tar å returnere for å måle presise avstander til objekter og spore bevegelse i sanntid.

Bestående av en laser, en skanner og en spesialisert GPS‑mottaker, genererer et LiDAR-instrument en detaljert ‘punkt sky’ av data, som deretter brukes til å lage 3D‑kart for applikasjoner som autonom kjøring, miljøovervåking, kartlegging og arkeologi.

Teknologien ble oppfunnet på 1960‑tallet, opprinnelig brukt i meteorologi, havovervåking og topografisk kartlegging, før bruken ble utvidet til romfart av NASA. På 2010‑tallet begynte kommersielle biler å bruke LiDAR, og siden da har bil‑LiDAR blitt svært populært i avanserte elbiler.

Gitt den økende bruken av LiDAR, har forskerne kontinuerlig arbeidet med å forbedre teknologien. Mange spennende innovasjoner innen laserteknologi er integrert med avansert optikk, noe som muliggjør ytterligere miniaturisering og gir løfter for LiDAR‑systemenes langsiktige fremtid.

Fokuset til forskerne fra Columbia University School of Engineering and Applied Science var å finne en måte å låse opp høyere kraft og spektral renhet fra kompakte lasersystemer for å muliggjøre chip‑skala frekvenskamgenerering for å forbedre kommunikasjon, sensoring, spektroskopi, LiDAR og andre integrerte fotoniske applikasjoner.

Dermed har de laget et mikrokammer, en liten fotonisk enhet som produserer en serie jevnt fordelte optiske frekvenser, som tennene på en kam, på en chip.

Disse integrerte, miniaturiserte frekvenskammene har potensial til å redusere størrelsen på komplekse systemer som tradisjonelt kreves for slike applikasjoner. Dermed er integrerte mikrokammer lovende for mange applikasjoner som krever høy utgangseffekt, liten fotavtrykk og høy effektivitet, som spektroskopi, sensoring og datakommunikasjon.

Nylig har forskerne demonstrert elektrisk pumpede mikrokammer gjennom integrering av forsterkningschips (semikonduktive optiske elementer) med toppmoderne resonatorer. Men deres totale optiske effekt er fortsatt mye lavere enn hva praktiske løsninger krever.

Denne begrensningen har blitt adressert av Columbia‑forskerne som demonstrerte høy‑ytelses elektrisk pumpede Kerr‑frekvens mikrokammer. 

Fra ‘rotete’ dioder til rene mikrokammer

Interessant nok var dette en tilfeldig oppdagelse. For noen år siden jobbet forskere i laboratoriet til medforfatter Michal Lipson, en Eugene Higgins Professor i elektroteknikk og professor i anvendt fysikk, med et prosjekt for å forbedre LiDAR‑evner da de la merke til noe utrolig.

De designet høy‑ytelses chips som kunne generere lysere stråler, og “da vi sendte mer og mer kraft gjennom chipen, oppdaget vi at den skapte det vi kaller en frekvenskam,” sa Andres Gil‑Molina, en tidligere postdoktor i Lipsons lab og nå hovedingeniør hos Xscape Photonics.

En frekvenskam er et spektrum bestående av diskrete og jevnt fordelte spektrallinjer. Dette betyr at denne spesielle typen lys inneholder forskjellige farger ordnet ved siden av hverandre på en ryddig måte, som du ser i en regnbue.

Her skinner dusinvis av lysfrekvenser. Men mellomrommene mellom disse forskjellige fargene eller frekvensene forblir mørke. Så når man ser på disse forskjellige lyse frekvensene i et spektrogram, ser de ut som spiker eller tenner på en kam, derav navnet.

Siden forskjellige farger av lys ikke interfererer med hverandre, fungerer hver tann som sin egen kanal, og gir en utrolig mulighet til å sende flere datastrømmer samtidig.

Selv om det er ekstremt fordelaktig, krever det å lage en kraftig frekvenskam store og dyre lasere og forsterkere. 

Publisert i Nature Photonics¹, beskriver artikkelen hvordan det samme kan gjøres på en enkelt chip. 

“Teknologien vi har utviklet tar en svært kraftig laser og gjør den om til dusinvis av rene, høy‑ytelses kanaler på en chip. Det betyr at du kan erstatte rack med individuelle lasere med én kompakt enhet, kutte kostnader, spare plass, og åpne døren for mye raskere, mer energieffektive systemer.”

– Gil‑Molina

Ikke bare kan denne forskningen møte den enorme etterspørselen fra datasentre etter kraftige og effektive lyskilder med mange bølgelengder, men den markerer også et milepæl i teamets oppdrag om å fremme silisium‑fotonikk.

Kjent for å muliggjøre betydelig raskere dataoverføring mens den bruker mindre strøm og genererer mindre varme enn tradisjonelle elektroniske kretser, har silisium‑fotonikk funnet anvendelser i høyhastighets datasentre, AI, LiDAR, kvanteteknologi, IoT og 5G.

Silicon photonics integrerer lysbaserte komponenter på en silisiumchip ved hjelp av standard CMOS‑produksjonsprosesser for å lage fotonisk integrerte kretser (PICs). Den bruker silisium‑on‑insulator (SOI) wafere som halvlederplattform for å danne bølgeledere og andre komponenter som leder lys for raskere, mer energieffektiv kommunikasjon og mindre, mer kostnadseffektive enheter.

“Etter hvert som denne teknologien blir stadig mer sentral for kritisk infrastruktur og vårt daglige liv, er denne typen fremgang essensiell for å sikre at datasentre er så effektive som mulig.”

– Lipson

Hvordan selvinjeksjons‑låsning renser og multipliserer lys

Hva er den kraftigste laseren som kan settes på en chip? Dette spørsmålet førte forskerne til deres gjennombrudd.

Columbia‑teamet valgte en multimode laserdiode. En laserdiode (LD) er en halvlederenhet som produserer ensfarget lys ved en spesifikk bølgelengde. Multimode laserdioder, eller Broad Area Lasers (BALs), gir høyere effekt og er ideelle når høy optisk kraft kreves og strålekvalitet er mindre kritisk.

Disse enhetene produserer en bredere stråle, som reduserer strålekvaliteten men øker krafttettheten. Multimode laserdioder brukes mye i applikasjoner som medisinsk utstyr, trykking og avbildning, og laserskjæreverktøy. 

Selv om de produserer enorme mengder lys, er strålen fra disse laserne “rotete”, noe som gjør det vanskelig å bruke dem i presise applikasjoner. 

Integrering av en multimode laserdiode i en silisium‑fotonikk‑chip, hvor lysveiene kun er så brede som bare noen mikrometer (μm) eller til og med hundrevis av nanometer (nm), krever imidlertid nøye ingeniørarbeid.

For å rense denne kraftige men svært støyende lyskilden, brukte teamet en låsemekanisme.

Selv‑injeksjons‑låsning ble brukt i den ikke‑lineære regimet for å generere høy‑effekt kombinasjoner på chipen og rense koherensen til pumpkilden samtidig.

Injeksjons‑låsning er frekvens‑effekten som kan oppstå når en oscillator forstyrres av en annen oscillator som opererer på en nærliggende frekvens. Når frekvensene er nær nok og koblingen er sterk, kan den andre oscillator fange den første, slik at den i praksis får samme frekvens som den andre oscillator.

Denne teknikken brukes primært på kontinuerlig‑bølge (CW) enkelt‑frekvens laserkilder når høy‑effekt output kreves, i kombinasjon med en svært lav intensitets‑støy og fase‑støy.

Den baserer seg på silisium‑fotonikk for å omforme og rense laserens utgang, og genererer en mer stabil og renere stråle, som kalles høy koherens. Når lyset er renset, tar de ikke‑lineære optiske egenskapene i chipen over, og splitter den ene kraftige strålen i dusinvis av farger som er jevnt fordelt, noe som er det viktigste kjennetegnet ved en frekvenskam.

Den resulterende kompakte, høy‑effektive lyskilden kombinerer en industriell lasers rå kraft med stabiliteten og presisjonen som kreves for avansert kommunikasjon og sensoring.

Den lav‑koherente kilden ble integrert med høy utgangseffekt og silisium‑nitrat ring‑resonatorer. Resonatorene er designet med normal gruppe‑hastighets‑dispersion, noe som betyr at hastigheten reduseres når den optiske frekvensen øker. Dette skjer når lengre lysbølgelengder beveger seg raskere enn kortere bølgelengder i et medium, noe som får optiske pulser til å spre seg over tid.

Mikrokammene laget av teamet oppnådde totale on‑chip‑effektnivåer på opptil 158 mW. Kombinasjonslinjene hadde samtidig en intrinsisk linjebredde på 200 kHz. Forskerne viste også at de hadde mer enn dobbelt så mange kombinasjonslinjer som oversteg 100 μW og en størrelsesorden høyere on‑chip‑effektnivå enn noen tidligere rapporterte resultater.

Forskerne sa:

“Vår nye elektrisk pumpede mikrokammer‑kilde har størrelse, kraft og linjebredde som kreves for datakommunikasjon, og kan ha sterk innvirkning på andre områder som høy‑ytelses databehandling og allestedsnærværende enheter for spektral‑sensing og tidsmåling.” 

Gjennombruddet kommer på et tidspunkt da AI‑boomen forårsaker en eksplosiv økning i etterspørselen etter datasenterkapasitet. Dette legger press på infrastrukturen deres, som sliter med å flytte informasjon i høy hastighet. Som et resultat bygger selskaper AI‑spesialisert infrastruktur for å håndtere de massive beregningskravene for trening og kjøring av store AI‑modeller. 

Allerede blir fiber‑optiske lenker utnyttet av avanserte datasentre for å transportere data, men selv de er avhengige av enkelt‑bølgelengde‑lasere.

Ved å ha dusinvis av stråler som kjører parallelt gjennom den samme enkelt‑fiberen, i stedet for én stråle som bærer kun én datastrøm, kan frekvenskammer dramatisk forbedre datasentrenes kapasitet.

Dette samme prinsippet lå bak WDM, eller wavelength‑division multiplexing, en fiber‑optisk teknologi som sender flere datastrømmer samtidig over en enkelt optisk fiber ved å tildele hver strøm en unik bølgelengde, noe som betydelig øker datakapasiteten og muliggjør høyere båndbredde. WDM hjalp internett med å bli et globalt høyhastighetsnettverk på slutten av 1990‑tallet.

Nå lager Lipsons team høy‑ytelses, fler‑bølgelengde‑kammer så små at de kan passe direkte på en chip. Denne prestasjonen vil gjøre det mulig å introdusere denne evnen i de delene av moderne datasystemer som er kompakte og kostbare.

På denne måten kan chipene endre hvordan datasentre opererer ved å strømlinjeforme hvordan informasjon overføres og behandles, påvirke designet av neste generasjons datasentre og mange andre enheter som er avhengige av effektiv optisk kommunikasjon. Disse samme chipene kan også muliggjøre avanserte LiDAR‑systemer, kompakte kvante‑enheter, ekstremt presise optiske klokker og bærbare spektrometre.

“Dette handler om å bringe laboratoriekvalitet lys‑kilder inn i virkelige enheter. Hvis du kan gjøre dem kraftige, effektive og små nok, kan du plassere dem nesten hvor som helst.”

– Gil‑Molina

Swipe to scroll →

Investering i laser‑teknologi

En global leder innen fotonikk og laserteknologi, Coherent Corp. (COHR ) produserer halvleder‑laserdioder og høy‑ytelses optiske komponenter.

Med sin kjernevirksomhet sentrert rundt utvikling og produksjon av fotonikk‑baserte løsninger, som er kritiske i dagens æra av avansert databehandling og datatransmisjon, har Coherent etablert seg som en dominerende kraft i den optiske kommunikasjonsindustrien og har en sterk markedsandel. 

Dens segmenter inkluderer Networking, som utnytter deres sammensatte halvlederteknologi for å levere komponenter og delsystemer, Materials inkluderer optoelektroniske enheter basert på silisiumkarbid (SiC), galliumantimonid (GaSb), galliumarsenid (GaAs), indiumfosfid (InP), sinkselenid (ZnSe), og sinksvovel (ZnS), og Lasers‑segmentet betjener industrielle kunder innen halvleder, presisjonsproduksjon, og luft‑ og romfart & forsvar, samt andre gjennom sine laser‑ og optikkprodukter.

Coherent Corp. (COHR )

Med sitt brede spekter av innovative fotonikk‑baserte produkter kan Coherent tilby tilpassede og ende‑til‑ende‑løsninger til sine kunder samt betjene AI‑infrastrukturens skaleringsbehov.

Deres strategiske fokus på AI‑markedet posisjonerer Coherent som en potensiell stor nyttehaver av den pågående AI‑veksten. Dette er et tillegg til den økende etterspørselen etter høy‑ytelses optiske komponenter. Men samtidig møter selskapet utfordringer fra økt konkurranse i både AI‑ og optisk‑kommunikasjonssektorene.

Når det gjelder Coherents markedsytelse, nyter de en bullish periode, på samme måte som det brede aksjemarkedet. Opp 29,16 % så langt i år, handles COHR‑aksjene for øyeblikket til $123,70, på tidspunktet for skrivingen – en ny all‑time high (ATH) som gir selskapets markedsverdi $19,20 milliarder.

I april falt COHR‑aksjene til $50 da aksjemarkedet opplevde en korreksjon, og siden da har Coherents aksjer steget med omtrent 146 %. Og for bare to år siden ble COHR handlet under $30, noe som representerer en sterk gjenoppretting.

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

Når det gjelder Coherents finansielle posisjon, rapporterte de rekordinntekter på $1,53 milliarder for fjerde kvartal som endte 30. juni 2025. GAAP bruttofortjeneste i perioden var 35,7 % og GAAP netto tap var $0,83 per utvannet aksje, mens på en non‑GAAP basis var bruttofortjenesten 38,1 % og nettoinntekt per utvannet aksje $1,00.

For hele regnskapsåret 2025 var inntektene også en rekord $5,81 milliarder. GAAP bruttofortjeneste var 35,2 % og GAAP netto tap var $0,52 per utvannet aksje, mens non‑GAAP bruttofortjeneste var 37,9 % og nettoinntekt per utvannet aksje $3,53.

Ifølge administrerende direktør Jim Anderson:

“Vi leverte et sterkt regnskapsår 2025 med inntektsvekst på 23 % og non‑GAAP EPS‑utvidelse på 191 %. Vi tror vi er godt posisjonert til å fortsette å drive sterk inntekts‑ og fortjenestevekst på lang sikt gitt vår eksponering mot nøkkel‑vekstdrivere som AI‑datasentre.”

I dette kvartalet begynte selskapet å sende sine 1,6T transceiver‑produkter, som muliggjør høy‑ytelses AI‑datasenter‑applikasjoner. Et nytt diamant‑SiC‑komposittmateriale ble også introdusert for avansert kjøling av disse datasentrene.

Videre så Coherent sin første inntekt fra Optical Circuit Switch (OCS) og introduserte excimer‑laser‑plattformen som har blitt oppdatert for høy‑temperatur produksjon av superleder‑tape for fremvoksende energiteknologi, som fusjon. 

I de siste ukene har Coherent lansert flere nye produkter, inkludert en hel serie av quad‑channel IC‑er som tillater mer effektive og raskere optiske transceivere for AI og sky, bransjens første QSFP28 Dual Laser 100G ZR‑løsning for å maksimere kapasiteten på eksisterende fiber‑infrastruktur, og høy‑ytelses 400 mW kontinuerlige‑bølge‑lasere for å møte de krevende kravene til co‑packaged optics og silisium‑fotonikk‑applikasjoner.

Nylig demonstrerte Coherent sine neste‑generasjons 2D VCSEL‑ og fotodiode‑arrayer for å møte den økende datatrafikk‑etterspørselen i moderne datasentre.

For et par uker siden inngikk Coherent avtaler som inkluderer refinansiering av eksisterende revolverende kredittforpliktelser og økning av total fasilitet til $700 millioner, til sin kredittavtale med JPMorgan Chase Bank (JPM ) og andre långivere, noe som forbedrer selskapets likviditet og finansielle fleksibilitet for å støtte drift og vekst.

Konklusjon

Columbia University har oppnådd en ingeniørmessig prestasjon, som viser hvordan uventede øyeblikk i vitenskap kan lede til enda større og bedre oppdagelser med evnen til å redefinere hele felt. Ved å transformere en enkelt rotete stråle til dusinvis av kraftige, stabile lyskanaler, har teamet lagt grunnlaget for neste generasjons optiske systemer.

Fra revolusjonerende LiDAR og krympende kvante‑enheter til å øke kapasiteten i AI‑drevne datasentre, representerer denne teknologien et stort sprang i fotonikk‑integrasjon. Og etter hvert som verden marsjerer mot raskere, mer energieffektive kommunikasjonssystemer, kan kompakte frekvenskam‑chips danne grunnlaget for fremtidig datainfrastruktur.

Klikk her for å lære alt om investering i kunstig intelligens.

Referanser

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