Pentes de Frequência em Escala de Chip Impulsionam o Futuro dos Dados

Pesquisadores da Columbia Engineering criaram um novo chip que pode transformar um laser em um “pente de frequência”, gerando múltiplos canais de luz poderosos ao mesmo tempo.

Ao utilizar um mecanismo de bloqueio especial, os pesquisadores limparam a luz laser desordenada e alcançaram precisão de nível de laboratório em um pequeno dispositivo de silício. Essa conquista pode melhorar significativamente a eficiência dos data centers e impulsionar inovações em LiDAR, sensores e tecnologia quântica.

Microcomb Reduzem a Precisão de Nível de Laboratório para um Chip 

Os pesquisadores criaram o dispositivo de microcomb de alta potência para melhorar a tecnologia LiDAR (Light Detection and Ranging).

LiDAR é uma tecnologia de sensoriamento remoto que usa luz laser pulsada para calcular distâncias e criar modelos 3D de alta resolução do ambiente. Ela funciona como o radar, mas utiliza luz em vez de som.

O sistema emite pulsos de laser e mede o tempo de retorno para determinar distâncias precisas a objetos e rastrear movimentos em tempo real.

Consistindo em um laser, um scanner e um receptor GPS especializado, um LiDAR gera uma “nuvem de pontos” detalhada de dados, que é então usada para criar mapas 3D para aplicações como condução autônoma, monitoramento ambiental, topografia e arqueologia.

A tecnologia foi inventada na década de 1960, inicialmente aplicada em meteorologia, sensoriamento oceânico e mapeamento topográfico, antes de ser estendida ao espaço pela NASA. Na década de 2010, automóveis comerciais começaram a utilizar LiDAR, e desde então, o LiDAR automotivo tornou‑se muito popular em carros elétricos de alto padrão.

Dado o crescente uso do LiDAR, os pesquisadores têm trabalhado continuamente para melhorar a tecnologia. Muitas inovações empolgantes de lasers são integradas com óptica avançada, permitindo miniaturização adicional e prometendo um futuro de longo prazo para sistemas LiDAR.

O foco dos pesquisadores da Columbia University School of Engineering and Applied Science foi encontrar uma forma de desbloquear maior potência e pureza espectral de sistemas laser compactos para viabilizar a geração de pentes de frequência em escala de chip para melhorar comunicações, sensores, espectroscopia, LiDAR e outras aplicações fotônicas integradas.

Assim, eles criaram um microcomb, um dispositivo fotônico miniaturizado que produz uma série de frequências ópticas uniformemente espaçadas, como os dentes de um pente, em um chip.

Esses pentes de frequência miniaturizados integrados têm o potencial de reduzir o tamanho de sistemas complexos tradicionalmente necessários para tais aplicações. Portanto, microcombs integrados são promissores para inúmeras aplicações que exigem alta potência de saída, pequeno espaço físico e alta eficiência, como espectroscopia, sensores e comunicações de dados.

Recentemente, os pesquisadores demonstraram microcombs bombeados eletricamente por meio da integração de chips de ganho (elementos ópticos semicondutores) com resonadores de ponta. Mas a potência óptica total ainda é muito inferior ao que soluções práticas exigem.

Essa limitação foi abordada por pesquisadores da Columbia que demonstraram microcombs Kerr de alta potência bombeados eletricamente. 

De Diodos “Bagunçados” a Microcombs Limpos

Curiosamente, isso foi uma descoberta acidental. Há alguns anos, pesquisadores no laboratório do co‑autor Michal Lipson, um Professor Eugene Higgins de Engenharia Elétrica e professor de física aplicada, estavam trabalhando em um projeto para aprimorar as capacidades de LiDAR quando notaram algo incrível.

Eles estavam projetando chips de alta potência que poderiam gerar feixes de luz mais brilhantes, e “à medida que enviávamos mais e mais potência através do chip, percebemos que ele estava criando o que chamamos de pente de frequência”, disse Andres Gil‑Molina, ex‑pós‑doutorando no laboratório de Lipson e atualmente engenheiro principal na Xscape Photonics.

Um pente de frequência é um espectro composto por linhas espectrais discretas e regularmente espaçadas. Isso significa que esse tipo especial de luz contém diferentes cores alinhadas lado a lado de forma ordenada, como se vê em um arco‑íris.

Aqui, dezenas de frequências de luz brilham. Mas os intervalos entre essas diferentes cores ou frequências permanecem escuros. Portanto, ao observar essas diferentes frequências brilhantes em um espectrograma, elas se parecem com picos ou dentes de um pente, daí o nome.

Como as diferentes cores de luz não interferem entre si, cada dente funciona como seu próprio canal, oferecendo uma oportunidade incrível de transmitir várias correntes de dados simultaneamente.

Embora extremamente benéfico, criar um pente de frequência poderoso requer lasers e amplificadores grandes e caros. 

Publicado em Nature Photonics¹, o artigo detalha como o mesmo procedimento pode ser realizado em um único chip. 

“A tecnologia que desenvolvemos pega um laser muito poderoso e o transforma em dezenas de canais limpos e de alta potência em um chip. Isso significa que você pode substituir racks de lasers individuais por um dispositivo compacto, reduzindo custos, economizando espaço e abrindo caminho para sistemas muito mais rápidos e energeticamente eficientes.”

– Gil‑Molina

Não apenas essa pesquisa pode atender à enorme demanda criada pelos data centers por fontes de luz poderosas e eficientes contendo muitas comprimentos de onda, como também marca um marco na missão da equipe de avançar a fotônica de silício.

Conhecida por possibilitar transferências de dados significativamente mais rápidas consumindo menos energia e gerando menos calor que circuitos eletrônicos tradicionais, a fotônica de silício tem encontrado aplicações em data centers de alta velocidade, IA, LiDAR, tecnologias quânticas, IoT e 5G.

A fotônica de silício integra componentes baseados em luz a um chip de silício usando os processos de fabricação CMOS padrão para criar circuitos fotônicos integrados (PICs). Ela utiliza lâminas de silício sobre isolante (SOI) como plataforma semicondutora para formar guias de onda e outros componentes que conduzem luz para comunicações mais rápidas, mais eficientes energeticamente e dispositivos menores e mais econômicos.

“À medida que essa tecnologia se torna cada vez mais central para infraestruturas críticas e para o nosso cotidiano, esse tipo de progresso é essencial para garantir que os data centers sejam o mais eficientes possível.”

– Lipson

Como o Auto‑Injeção de Bloqueio Limpa e Multiplica a Luz

Qual é o laser mais poderoso que pode ser colocado em um chip? Essa pergunta levou os pesquisadores à sua descoberta.

A equipe da Columbia escolheu um diodo laser multimodo. Um diodo laser (LD) é um dispositivo semicondutor que produz luz de cor única em um comprimento de onda específico. Diodos laser multimodo, ou Lasers de Área Ampla (BALs), fornecem maiores potências de saída e são ideais quando alta potência óptica é necessária e a qualidade do feixe é menos crítica.

Esses dispositivos produzem um feixe mais amplo, o que reduz a qualidade do feixe mas aumenta a densidade de potência. Diodos laser multimodo são amplamente usados em aplicações como dispositivos médicos, impressão e imagem, e ferramentas de corte a laser. 

Embora produzam enormes quantidades de luz, o feixe desses lasers é “bagunçado”, dificultando seu uso em aplicações precisas. 

Integrar um diodo laser multimodo em um chip de fotônica de silício, onde os caminhos de luz têm apenas a largura de alguns micrômetros (μm) ou até centenas de nanômetros (nm), exige engenharia cuidadosa.

Para purificar essa fonte de luz poderosa porém muito ruidosa, a equipe utilizou um mecanismo de bloqueio.

O auto‑injeção de bloqueio foi empregado no regime não linear para gerar pentes de alta potência no chip e purificar simultaneamente a coerência da fonte de bombeamento.

Injeção de bloqueio é o efeito de frequência que pode ocorrer quando um oscilador é perturbado por um segundo oscilador operando em frequência próxima. Quando as frequências estão suficientemente próximas e o acoplamento é forte, o segundo oscilador pode capturar o primeiro, fazendo com que ele tenha essencialmente a mesma frequência do segundo.

Essa técnica é aplicada principalmente a fontes laser de frequência única de onda contínua (CW) quando se requer alta potência de saída, combinada com ruído de intensidade e de fase muito baixos.

Ela depende da fotônica de silício para remodelar e limpar a saída do laser, gerando um feixe mais estável e limpo, o que é chamado de alta coerência. Uma vez que a luz é purificada, as propriedades ópticas não lineares do chip entram em ação, dividindo o feixe único e poderoso em dezenas de cores que estão uniformemente espaçadas, característica chave de um pente de frequência.

A fonte de luz compacta e de alta eficiência combina a potência bruta de um laser industrial com a estabilidade e precisão exigidas para comunicações avançadas e sensores.

A fonte de baixa coerência foi integrada com alta potência de saída e resonadores de anel de nitreto de silício. Os resonadores são projetados com dispersão de velocidade de grupo normal, o que significa que a velocidade diminui à medida que a frequência óptica aumenta. Isso ocorre quando comprimentos de onda mais longos viajam mais rápido que comprimentos de onda mais curtos em um meio, fazendo com que pulsos ópticos se espalhem ao longo do tempo.

Os microcombs criados pela equipe atingiram níveis de potência total no chip de até 158 mW. As linhas do pente, por sua vez, apresentaram largura de linha intrínseca de 200 kHz. Os pesquisadores também mostraram mais do que o dobro do número de linhas do pente superando 100 μW e níveis de potência no chip uma ordem de magnitude superiores a quaisquer resultados previamente relatados.

Researchers said:

“Nossa nova fonte de microcomb bombeada eletricamente possui o tamanho, potência e largura de linha necessários para comunicações de dados, e pode impactar fortemente outras áreas como computação de alto desempenho e dispositivos ubíquos para sensores espectrais e aplicações de cronometria.” 

A descoberta ocorre em um momento em que o boom da IA está provocando um aumento explosivo na demanda por capacidade de data center. Isso está sobrecarregando a infraestrutura, dificultando a transmissão de informações em alta velocidade. Como resultado, empresas estão construindo infraestruturas especializadas em IA para atender aos enormes requisitos computacionais de treinamento e execução de grandes modelos de IA. 

Já hoje, links de fibra óptica são utilizados por data centers avançados para transportar dados, mas mesmo eles dependem de lasers de comprimento de onda único.

Ao ter dezenas de feixes operando em paralelo através do mesmo único fibra, em vez de um feixe carregando apenas um fluxo de dados, os pentes de frequência podem melhorar drasticamente as capacidades dos data centers.

Esse mesmo princípio esteve por trás do WDM, ou multiplexação por divisão de comprimento de onda, uma tecnologia de fibra óptica que envia múltiplos fluxos de dados simultaneamente através de uma única fibra óptica ao atribuir a cada fluxo um comprimento de onda único, aumentando significativamente a capacidade de dados e permitindo maior largura de banda. O WDM ajudou a internet a se tornar uma rede global de alta velocidade no final dos anos 1990.

Agora, a equipe de Lipson está produzindo pentes de alta potência e múltiplos comprimentos de onda tão pequenos que podem ser integrados diretamente em um chip. Essa conquista tornará possível introduzir essa capacidade em partes dos sistemas computacionais modernos que são compactas e caras.

Dessa forma, os chips podem mudar a forma como os data centers operam ao simplificar a transmissão e o processamento de informações, influenciando o design de data centers de próxima geração e muitos outros dispositivos que dependem de comunicação óptica eficiente. Esses mesmos chips também poderiam viabilizar sistemas avançados de LiDAR, dispositivos quânticos compactos, relógios ópticos extremamente precisos e espectrômetros portáteis.

“Trata‑se de levar fontes de luz de nível de laboratório para dispositivos do mundo real. Se você conseguir torná‑las poderosas, eficientes e suficientemente pequenas, poderá colocá‑las quase em qualquer lugar.”

– Gil‑Molina

Deslize para rolar →

Investindo em Tecnologia de Laser

Um líder global em fotônica e tecnologias de laser, Coherent Corp. (COHR ) produz diodos laser semicondutores e componentes ópticos de alto desempenho.

Com seu negócio central girando em torno do desenvolvimento e fabricação de soluções baseadas em fotônica, que são críticas na era atual de computação avançada e transmissão de dados, a Coherent estabeleceu-se como uma força dominante na indústria de comunicações ópticas e detém uma forte participação de mercado. 

Seus segmentos incluem Networking, que aproveita sua tecnologia de semicondutores compostos para fornecer componentes e subsistemas; Materials, que inclui dispositivos optoeletrônicos baseados em carbeto de silício (SiC), antimoneto de gálio (GaSb), arsênico de gálio (GaAs), fosfeto de índio (InP), selênio de zinco (ZnSe) e sulfeto de zinco (ZnS); e o segmento Lasers, que atende clientes industriais em semicondutores, manufatura de precisão, aeroespacial & defesa, entre outros, por meio de seus lasers e produtos ópticos.

Coherent Corp. (COHR )

Com sua ampla gama de produtos inovadores baseados em fotônica, a Coherent consegue oferecer soluções personalizadas e de ponta a ponta aos seus clientes, bem como atender às necessidades de escalabilidade da infraestrutura de IA.

Seu foco estratégico no mercado de IA posiciona a Coherent como um potencial grande beneficiário do crescimento contínuo da IA. Isso adiciona à crescente demanda por componentes ópticos de alto desempenho. Mas, ao mesmo tempo, a empresa enfrenta desafios de concorrência crescente tanto nos setores de IA quanto de comunicações ópticas.

Em termos de desempenho de mercado da Coherent, ela está desfrutando de um momento otimista, semelhante ao amplo mercado de ações. Com alta de 29,16% neste ano até agora, as ações COHR estão sendo negociadas a US$ 123,70, no momento da escrita – um novo recorde histórico (ATH) que coloca a capitalização de mercado da empresa em US$ 19,20 bilhões.

Em abril, as ações COHR caíram para US$ 50 quando o mercado de ações sofreu uma correção, e desde então, as ações da Coherent recuperaram cerca de 146%. E há apenas dois anos, a COHR era negociada abaixo de US$ 30, representando uma forte recuperação.

Com isso, a empresa está entregando um EPS (TTM) de -0,62 e um P/E (TTM) de -198,72.

Quanto à posição financeira da Coherent, ela registrou uma receita recorde de US$ 1,53 bilhão no quarto trimestre encerrado em 30 de junho de 2025. A margem bruta GAAP no período foi de 35,7% e o prejuízo líquido GAAP foi de US$ 0,83 por ação diluída, enquanto em bases não‑GAAP, sua margem bruta foi de 38,1% e a renda líquida por ação diluída foi de US$ 1,00.

Para todo o exercício fiscal de 2025, sua receita também foi um recorde de US$ 5,81 bilhão. A margem bruta GAAP foi de 35,2% e o prejuízo líquido GAAP foi de US$ 0,52 por ação diluída, enquanto a margem bruta não‑GAAP foi de 37,9% e a renda líquida por ação diluída foi de US$ 3,53.

According to CEO Jim Anderson:

“Entregamos um forte exercício fiscal de 2025 com crescimento de receita de 23% e expansão de EPS não‑GAAP de 191%. Acreditamos que estamos bem posicionados para continuar impulsionando forte crescimento de receita e lucro a longo prazo, dada nossa exposição a impulsionadores de crescimento chave como data centers de IA.”

Durante este trimestre, a empresa iniciou o envio de seus produtos transceptores de 1,6 T, possibilitando aplicações de data center de IA de alto desempenho. Um novo material composto de diamante SiC também foi introduzido para refrigeração avançada desses data centers.

Além disso, a Coherent viu sua primeira receita proveniente de Optical Circuit Switch (OCS) e introduziu a plataforma de laser excímero que foi atualizada para produção em alta temperatura de fita supercondutora para tecnologias emergentes de energia como fusão. 

Nas últimas duas semanas, a Coherent lançou vários novos produtos, incluindo uma série completa de ICs quad‑channel que permitem transceptores ópticos mais eficientes e rápidos para IA e nuvem, a primeira solução da indústria QSFP28 Dual Laser 100G ZR para maximizar a capacidade da infraestrutura de fibra existente, e lasers de onda contínua de alta potência de 400 mW para atender aos exigentes requisitos de óptica co‑empacotada e aplicações de fotônica de silício.

Recentemente, a Coherent demonstrou suas próximas‑geração de arrays 2D VCSEL e fotodiodos (PD) para atender à crescente demanda de tráfego de dados em data centers modernos.

Algumas semanas atrás, a Coherent firmou emendas, que incluem o refinanciamento de compromissos de crédito rotativo existentes e o aumento do total de facilidades para US$ 700 milhões, para seu Acordo de Crédito com JPMorgan Chase Bank (JPM ) e outros credores, melhorando a liquidez da empresa e sua flexibilidade financeira para apoiar operações e crescimento.

Conclusão

A Columbia University realizou uma conquista engenharia, mostrando como momentos inesperados na ciência podem levar a descobertas ainda maiores e melhores com a capacidade de redefinir campos inteiros. Ao transformar um único feixe bagunçado em dezenas de canais de luz poderosos e estáveis, o time lançou as bases para a próxima geração de sistemas ópticos.

De revolucionar o LiDAR e reduzir dispositivos quânticos a aumentar a capacidade de data centers impulsionados por IA, essa tecnologia representa um salto significativo na integração fotônica. E à medida que o mundo avança rumo a sistemas de comunicação mais rápidos e energeticamente eficientes, chips de pentes de frequência compactos podem formar a base da futura infraestrutura de computação.

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Referências

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

Pesquisadores da Columbia Engineering criaram um novo chip que pode transformar um laser em um “pente de frequência”, gerando múltiplos canais de luz poderosos ao mesmo tempo.

Ao utilizar um mecanismo de bloqueio especial, os pesquisadores limparam a luz laser desordenada e alcançaram precisão de nível de laboratório em um pequeno dispositivo de silício. Essa conquista pode melhorar significativamente a eficiência dos data centers e impulsionar inovações em LiDAR, sensores e tecnologia quântica.

Microcomb Reduzem a Precisão de Nível de Laboratório para um Chip 

Os pesquisadores criaram o dispositivo de microcomb de alta potência para melhorar a tecnologia LiDAR (Light Detection and Ranging).

LiDAR é uma tecnologia de sensoriamento remoto que usa luz laser pulsada para calcular distâncias e criar modelos 3D de alta resolução do ambiente. Ela funciona como o radar, mas utiliza luz em vez de som.

O sistema emite pulsos de laser e mede o tempo de retorno para determinar distâncias precisas a objetos e rastrear movimentos em tempo real.

Consistindo em um laser, um scanner e um receptor GPS especializado, um LiDAR gera uma “nuvem de pontos” detalhada de dados, que é então usada para criar mapas 3D para aplicações como condução autônoma, monitoramento ambiental, topografia e arqueologia.

A tecnologia foi inventada na década de 1960, inicialmente aplicada em meteorologia, sensoriamento oceânico e mapeamento topográfico, antes de ser estendida ao espaço pela NASA. Na década de 2010, automóveis comerciais começaram a utilizar LiDAR, e desde então, o LiDAR automotivo tornou‑se muito popular em carros elétricos de alto padrão.

Dado o crescente uso do LiDAR, os pesquisadores têm trabalhado continuamente para melhorar a tecnologia. Muitas inovações empolgantes de lasers são integradas com óptica avançada, permitindo miniaturização adicional e prometendo um futuro de longo prazo para sistemas LiDAR.

O foco dos pesquisadores da Columbia University School of Engineering and Applied Science foi encontrar uma forma de desbloquear maior potência e pureza espectral de sistemas laser compactos para viabilizar a geração de pentes de frequência em escala de chip para melhorar comunicações, sensores, espectroscopia, LiDAR e outras aplicações fotônicas integradas.

Assim, eles criaram um microcomb, um dispositivo fotônico miniaturizado que produz uma série de frequências ópticas uniformemente espaçadas, como os dentes de um pente, em um chip.

Esses pentes de frequência miniaturizados integrados têm o potencial de reduzir o tamanho de sistemas complexos tradicionalmente necessários para tais aplicações. Portanto, microcombs integrados são promissores para inúmeras aplicações que exigem alta potência de saída, pequeno espaço físico e alta eficiência, como espectroscopia, sensores e comunicações de dados.

Recentemente, os pesquisadores demonstraram microcombs bombeados eletricamente por meio da integração de chips de ganho (elementos ópticos semicondutores) com resonadores de ponta. Mas a potência óptica total ainda é muito inferior ao que soluções práticas exigem.

Essa limitação foi abordada por pesquisadores da Columbia que demonstraram microcombs Kerr de alta potência bombeados eletricamente. 

De Diodos “Bagunçados” a Microcombs Limpos

Curiosamente, isso foi uma descoberta acidental. Há alguns anos, pesquisadores no laboratório do co‑autor Michal Lipson, um Professor Eugene Higgins de Engenharia Elétrica e professor de física aplicada, estavam trabalhando em um projeto para aprimorar as capacidades de LiDAR quando notaram algo incrível.

Eles estavam projetando chips de alta potência que poderiam gerar feixes de luz mais brilhantes, e “à medida que enviávamos mais e mais potência através do chip, percebemos que ele estava criando o que chamamos de pente de frequência”, disse Andres Gil‑Molina, ex‑pós‑doutorando no laboratório de Lipson e atualmente engenheiro principal na Xscape Photonics.

Um pente de frequência é um espectro composto por linhas espectrais discretas e regularmente espaçadas. Isso significa que esse tipo especial de luz contém diferentes cores alinhadas lado a lado de forma ordenada, como se vê em um arco‑íris.

Aqui, dezenas de frequências de luz brilham. Mas os intervalos entre essas diferentes cores ou frequências permanecem escuros. Portanto, ao observar essas diferentes frequências brilhantes em um espectrograma, elas se parecem com picos ou dentes de um pente, daí o nome.

Como as diferentes cores de luz não interferem entre si, cada dente funciona como seu próprio canal, oferecendo uma oportunidade incrível de transmitir várias correntes de dados simultaneamente.

Embora extremamente benéfico, criar um pente de frequência poderoso requer lasers e amplificadores grandes e caros. 

Publicado em Nature Photonics¹, o artigo detalha como o mesmo procedimento pode ser realizado em um único chip. 

“A tecnologia que desenvolvemos pega um laser muito poderoso e o transforma em dezenas de canais limpos e de alta potência em um chip. Isso significa que você pode substituir racks de lasers individuais por um dispositivo compacto, reduzindo custos, economizando espaço e abrindo caminho para sistemas muito mais rápidos e energeticamente eficientes.”

– Gil‑Molina

Não apenas essa pesquisa pode atender à enorme demanda criada pelos data centers por fontes de luz poderosas e eficientes contendo muitas comprimentos de onda, como também marca um marco na missão da equipe de avançar a fotônica de silício.

Conhecida por possibilitar transferências de dados significativamente mais rápidas consumindo menos energia e gerando menos calor que circuitos eletrônicos tradicionais, a fotônica de silício tem encontrado aplicações em data centers de alta velocidade, IA, LiDAR, tecnologias quânticas, IoT e 5G.

A fotônica de silício integra componentes baseados em luz a um chip de silício usando os processos de fabricação CMOS padrão para criar circuitos fotônicos integrados (PICs). Ela utiliza lâminas de silício sobre isolante (SOI) como plataforma semicondutora para formar guias de onda e outros componentes que conduzem luz para comunicações mais rápidas, mais eficientes energeticamente e dispositivos menores e mais econômicos.

“À medida que essa tecnologia se torna cada vez mais central para infraestruturas críticas e para o nosso cotidiano, esse tipo de progresso é essencial para garantir que os data centers sejam o mais eficientes possível.”

– Lipson

Como o Auto‑Injeção de Bloqueio Limpa e Multiplica a Luz

Qual é o laser mais poderoso que pode ser colocado em um chip? Essa pergunta levou os pesquisadores à sua descoberta.

A equipe da Columbia escolheu um diodo laser multimodo. Um diodo laser (LD) é um dispositivo semicondutor que produz luz de cor única em um comprimento de onda específico. Diodos laser multimodo, ou Lasers de Área Ampla (BALs), fornecem maiores potências de saída e são ideais quando alta potência óptica é necessária e a qualidade do feixe é menos crítica.

Esses dispositivos produzem um feixe mais amplo, o que reduz a qualidade do feixe mas aumenta a densidade de potência. Diodos laser multimodo são amplamente usados em aplicações como dispositivos médicos, impressão e imagem, e ferramentas de corte a laser. 

Embora produzam enormes quantidades de luz, o feixe desses lasers é “bagunçado”, dificultando seu uso em aplicações precisas. 

Integrar um diodo laser multimodo em um chip de fotônica de silício, onde os caminhos de luz têm apenas a largura de alguns micrômetros (μm) ou até centenas de nanômetros (nm), exige engenharia cuidadosa.

Para purificar essa fonte de luz poderosa porém muito ruidosa, a equipe utilizou um mecanismo de bloqueio.

O auto‑injeção de bloqueio foi empregado no regime não linear para gerar pentes de alta potência no chip e purificar simultaneamente a coerência da fonte de bombeamento.

Injeção de bloqueio é o efeito de frequência que pode ocorrer quando um oscilador é perturbado por um segundo oscilador operando em frequência próxima. Quando as frequências estão suficientemente próximas e o acoplamento é forte, o segundo oscilador pode capturar o primeiro, fazendo com que ele tenha essencialmente a mesma frequência do segundo.

Essa técnica é aplicada principalmente a fontes laser de frequência única de onda contínua (CW) quando se requer alta potência de saída, combinada com ruído de intensidade e de fase muito baixos.

Ela depende da fotônica de silício para remodelar e limpar a saída do laser, gerando um feixe mais estável e limpo, o que é chamado de alta coerência. Uma vez que a luz é purificada, as propriedades ópticas não lineares do chip entram em ação, dividindo o feixe único e poderoso em dezenas de cores que estão uniformemente espaçadas, característica chave de um pente de frequência.

A fonte de luz compacta e de alta eficiência combina a potência bruta de um laser industrial com a estabilidade e precisão exigidas para comunicações avançadas e sensores.

A fonte de baixa coerência foi integrada com alta potência de saída e resonadores de anel de nitreto de silício. Os resonadores são projetados com dispersão de velocidade de grupo normal, o que significa que a velocidade diminui à medida que a frequência óptica aumenta. Isso ocorre quando comprimentos de onda mais longos viajam mais rápido que comprimentos de onda mais curtos em um meio, fazendo com que pulsos ópticos se espalhem ao longo do tempo.

Os microcombs criados pela equipe atingiram níveis de potência total no chip de até 158 mW. As linhas do pente, por sua vez, apresentaram largura de linha intrínseca de 200 kHz. Os pesquisadores também mostraram mais do que o dobro do número de linhas do pente superando 100 μW e níveis de potência no chip uma ordem de magnitude superiores a quaisquer resultados previamente relatados.

Researchers said:

“Nossa nova fonte de microcomb bombeada eletricamente possui o tamanho, potência e largura de linha necessários para comunicações de dados, e pode impactar fortemente outras áreas como computação de alto desempenho e dispositivos ubíquos para sensores espectrais e aplicações de cronometria.” 

A descoberta ocorre em um momento em que o boom da IA está provocando um aumento explosivo na demanda por capacidade de data center. Isso está sobrecarregando a infraestrutura, dificultando a transmissão de informações em alta velocidade. Como resultado, empresas estão construindo infraestruturas especializadas em IA para atender aos enormes requisitos computacionais de treinamento e execução de grandes modelos de IA. 

Já hoje, links de fibra óptica são utilizados por data centers avançados para transportar dados, mas mesmo eles dependem de lasers de comprimento de onda único.

Ao ter dezenas de feixes operando em paralelo através do mesmo único fibra, em vez de um feixe carregando apenas um fluxo de dados, os pentes de frequência podem melhorar drasticamente as capacidades dos data centers.

Esse mesmo princípio esteve por trás do WDM, ou multiplexação por divisão de comprimento de onda, uma tecnologia de fibra óptica que envia múltiplos fluxos de dados simultaneamente através de uma única fibra óptica ao atribuir a cada fluxo um comprimento de onda único, aumentando significativamente a capacidade de dados e permitindo maior largura de banda. O WDM ajudou a internet a se tornar uma rede global de alta velocidade no final dos anos 1990.

Agora, a equipe de Lipson está produzindo pentes de alta potência e múltiplos comprimentos de onda tão pequenos que podem ser integrados diretamente em um chip. Essa conquista tornará possível introduzir essa capacidade em partes dos sistemas computacionais modernos que são compactas e caras.

Dessa forma, os chips podem mudar a forma como os data centers operam ao simplificar a transmissão e o processamento de informações, influenciando o design de data centers de próxima geração e muitos outros dispositivos que dependem de comunicação óptica eficiente. Esses mesmos chips também poderiam viabilizar sistemas avançados de LiDAR, dispositivos quânticos compactos, relógios ópticos extremamente precisos e espectrômetros portáteis.

“Trata‑se de levar fontes de luz de nível de laboratório para dispositivos do mundo real. Se você conseguir torná‑las poderosas, eficientes e suficientemente pequenas, poderá colocá‑las quase em qualquer lugar.”

– Gil‑Molina

Deslize para rolar →

Investindo em Tecnologia de Laser

Um líder global em fotônica e tecnologias de laser, Coherent Corp. (COHR ) produz diodos laser semicondutores e componentes ópticos de alto desempenho.

Com seu negócio central girando em torno do desenvolvimento e fabricação de soluções baseadas em fotônica, que são críticas na era atual de computação avançada e transmissão de dados, a Coherent estabeleceu-se como uma força dominante na indústria de comunicações ópticas e detém uma forte participação de mercado. 

Seus segmentos incluem Networking, que aproveita sua tecnologia de semicondutores compostos para fornecer componentes e subsistemas; Materials, que inclui dispositivos optoeletrônicos baseados em carbeto de silício (SiC), antimoneto de gálio (GaSb), arsênico de gálio (GaAs), fosfeto de índio (InP), selênio de zinco (ZnSe) e sulfeto de zinco (ZnS); e o segmento Lasers, que atende clientes industriais em semicondutores, manufatura de precisão, aeroespacial & defesa, entre outros, por meio de seus lasers e produtos ópticos.

Coherent Corp. (COHR )

Com sua ampla gama de produtos inovadores baseados em fotônica, a Coherent consegue oferecer soluções personalizadas e de ponta a ponta aos seus clientes, bem como atender às necessidades de escalabilidade da infraestrutura de IA.

Seu foco estratégico no mercado de IA posiciona a Coherent como um potencial grande beneficiário do crescimento contínuo da IA. Isso adiciona à crescente demanda por componentes ópticos de alto desempenho. Mas, ao mesmo tempo, a empresa enfrenta desafios de concorrência crescente tanto nos setores de IA quanto de comunicações ópticas.

Em termos de desempenho de mercado da Coherent, ela está desfrutando de um momento otimista, semelhante ao amplo mercado de ações. Com alta de 29,16% neste ano até agora, as ações COHR estão sendo negociadas a US$ 123,70, no momento da escrita – um novo recorde histórico (ATH) que coloca a capitalização de mercado da empresa em US$ 19,20 bilhões.

Em abril, as ações COHR caíram para US$ 50 quando o mercado de ações sofreu uma correção, e desde então, as ações da Coherent recuperaram cerca de 146%. E há apenas dois anos, a COHR era negociada abaixo de US$ 30, representando uma forte recuperação.

Com isso, a empresa está entregando um EPS (TTM) de -0,62 e um P/E (TTM) de -198,72.

Quanto à posição financeira da Coherent, ela registrou uma receita recorde de US$ 1,53 bilhão no quarto trimestre encerrado em 30 de junho de 2025. A margem bruta GAAP no período foi de 35,7% e o prejuízo líquido GAAP foi de US$ 0,83 por ação diluída, enquanto em bases não‑GAAP, sua margem bruta foi de 38,1% e a renda líquida por ação diluída foi de US$ 1,00.

Para todo o exercício fiscal de 2025, sua receita também foi um recorde de US$ 5,81 bilhão. A margem bruta GAAP foi de 35,2% e o prejuízo líquido GAAP foi de US$ 0,52 por ação diluída, enquanto a margem bruta não‑GAAP foi de 37,9% e a renda líquida por ação diluída foi de US$ 3,53.

According to CEO Jim Anderson:

“Entregamos um forte exercício fiscal de 2025 com crescimento de receita de 23% e expansão de EPS não‑GAAP de 191%. Acreditamos que estamos bem posicionados para continuar impulsionando forte crescimento de receita e lucro a longo prazo, dada nossa exposição a impulsionadores de crescimento chave como data centers de IA.”

Durante este trimestre, a empresa iniciou o envio de seus produtos transceptores de 1,6 T, possibilitando aplicações de data center de IA de alto desempenho. Um novo material composto de diamante SiC também foi introduzido para refrigeração avançada desses data centers.

Além disso, a Coherent viu sua primeira receita proveniente de Optical Circuit Switch (OCS) e introduziu a plataforma de laser excímero que foi atualizada para produção em alta temperatura de fita supercondutora para tecnologias emergentes de energia como fusão. 

Nas últimas duas semanas, a Coherent lançou vários novos produtos, incluindo uma série completa de ICs quad‑channel que permitem transceptores ópticos mais eficientes e rápidos para IA e nuvem, a primeira solução da indústria QSFP28 Dual Laser 100G ZR para maximizar a capacidade da infraestrutura de fibra existente, e lasers de onda contínua de alta potência de 400 mW para atender aos exigentes requisitos de óptica co‑empacotada e aplicações de fotônica de silício.

Recentemente, a Coherent demonstrou suas próximas‑geração de arrays 2D VCSEL e fotodiodos (PD) para atender à crescente demanda de tráfego de dados em data centers modernos.

Algumas semanas atrás, a Coherent firmou emendas, que incluem o refinanciamento de compromissos de crédito rotativo existentes e o aumento do total de facilidades para US$ 700 milhões, para seu Acordo de Crédito com JPMorgan Chase Bank (JPM ) e outros credores, melhorando a liquidez da empresa e sua flexibilidade financeira para apoiar operações e crescimento.

Conclusão

A Columbia University realizou uma conquista engenharia, mostrando como momentos inesperados na ciência podem levar a descobertas ainda maiores e melhores com a capacidade de redefinir campos inteiros. Ao transformar um único feixe bagunçado em dezenas de canais de luz poderosos e estáveis, o time lançou as bases para a próxima geração de sistemas ópticos.

De revolucionar o LiDAR e reduzir dispositivos quânticos a aumentar a capacidade de data centers impulsionados por IA, essa tecnologia representa um salto significativo na integração fotônica. E à medida que o mundo avança rumo a sistemas de comunicação mais rápidos e energeticamente eficientes, chips de pentes de frequência compactos podem formar a base da futura infraestrutura de computação.

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Referências

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