Tecnologia disruptiva
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 vários canais de luz poderosos ao mesmo tempo.
Utilizando um mecanismo de bloqueio especial, os pesquisadores limparam a luz laser suja e alcançaram precisão de nível laboratorial em um pequeno dispositivo de silício. Essa conquista pode melhorar significativamente a eficiência do data center e impulsionar inovações em LiDAR, detecção e tecnologia quântica.
Microcombs reduzem precisão de nível de laboratório para um chip
Os pesquisadores criaram o dispositivo micropente de alta potência para melhorar a tecnologia LiDAR (Light Detection and Ranging).
LiDAR é uma tecnologia de sensoriamento remoto que utiliza luz laser pulsada para calcular distâncias e criar modelos 3D de alta resolução do ambiente. Funciona como um radar, mas utiliza luz em vez de som.
O sistema emite pulsos de laser e cronometra seu retorno para medir distâncias precisas até objetos e rastrear movimentos em tempo real.
Composto por um laser, um scanner e um receptor GPS especializado, um LiDAR O instrumento gera uma 'nuvem de pontos' detalhada de dados, que é então usada para criar mapas 3D para aplicações como direção 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 seu uso ser estendido ao espaço pela NASA. Na década de 2010, automóveis comerciais começaram a utilizar o LiDAR e, desde então, o LiDAR automotivo se tornou muito popular em carros elétricos de última geração.
Dada a crescente aplicação do LiDAR, os pesquisadores têm trabalhado constantemente para aprimorar a tecnologia. Muitas inovações interessantes em tecnologias de laser são integradas à óptica avançada, permitindo maior miniaturização e prometendo o futuro a longo prazo dos sistemas LiDAR.
O foco dos pesquisadores da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas da Universidade de Columbia era encontrar uma maneira de desbloquear maior potência e pureza espectral de sistemas de laser compactos para permitir a geração de pente de frequência em escala de chip para melhorar comunicações, detecção, espectroscopia, LiDAR e outras aplicações fotônicas integradas.
Então, eles criaram um micropente, um dispositivo fotônico em miniatura que produz uma série de frequências ópticas uniformemente espaçadas, como os dentes de um pente, em uma lasca.
Esses pentes de frequência em miniatura integrados têm o potencial de reduzir o tamanho de sistemas complexos tradicionalmente necessários para tais aplicações. Assim, os microcombs integrados são promissores para inúmeras aplicações que requerem alta potência de saída, tamanho reduzido e alta eficiência, como espectroscopia, detecção e comunicação de dados.
Recentemente, pesquisadores demonstraram microcombos eletricamente bombeados por meio da integração de chips de ganho (elementos ópticos semicondutores) com ressonadores de ponta. Mas sua potência óptica geral ainda é muito inferior à necessária para soluções práticas.
Esta limitação tem foi abordado por pesquisadores da Columbia que demonstraram micropentes de alta potência com frequência Kerr bombeadas eletricamente.
De diodos 'bagunçados' a microcombs limpos
Curiosamente, esta foi uma descoberta acidental. Há alguns anos, pesquisadores do laboratório do coautor Michal Lipson, um Professor Eugene Higgins de Engenharia Elétrica e professor de física aplicada, estavam trabalhando em um projeto para aprimorar as capacidades do LiDAR quando eles notei 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 energia pelo chip, percebemos que ele estava criando o que chamamos de pente de frequência", disse Andres Gil-Molina, ex-pesquisador de pós-doutorado 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 cores diferentes alinhadas umas às outras de forma ordenada, como vemos em um arco-íris.
Aqui, dezenas de frequências de luz brilham. Mas as lacunas entre essas diferentes cores ou frequências permanecem escuras. Então, ao olhar para essas diferentes frequências brilhantes em um espectrograma, elas parecem picos ou dentes de um pente, daí o nome.
Como diferentes cores de luz não interferem umas nas outras, cada dente atua como seu próprio canal, oferecendo uma oportunidade incrível de enviar vários fluxos de dados simultaneamente.
Embora extremamente benéfico, criar um pente de frequência potente requer lasers e amplificadores grandes e caros.
Publicado em Nature Photonics1, o artigo detalha como a mesma coisa pode ser feita em um único chip.
A tecnologia que desenvolvemos pega um laser muito potente e o transforma em dezenas de canais limpos e de alta potência em um chip. Isso significa que é possível substituir racks de lasers individuais por um único dispositivo compacto, reduzindo custos, economizando espaço e abrindo caminho para sistemas muito mais rápidos e energeticamente eficientes.
– Gil-Molina
Esta pesquisa não só pode atender à enorme demanda criada pelos data centers por fontes de luz potentes e eficientes contendo muitos comprimentos de onda, mas também marca um marco na missão da equipe de avançar na fotônica de silício.
Conhecido por permitir transferência de dados significativamente mais rápida consumindo menos energia e gerando menos calor do que os tradicionais circuitos eletrônicos, a fotônica de silício encontrou aplicações em data centers de alta velocidade, IA, LiDAR, tecnologias quânticas, IoT e 5G.
A fotônica de silício integra componentes baseados em luz em um chip de silício, utilizando os processos padrão de fabricação CMOS para criar circuitos integrados fotônicos (PICs). Utiliza wafers de silício sobre isolante (SOI) como plataforma semicondutora para formar guias de onda e outros componentes que guiam a luz, proporcionando comunicação mais rápida e com maior eficiência energética, além de dispositivos menores e mais econômicos.
“À medida que essa tecnologia se torna cada vez mais central para a infraestrutura crítica e para nossa vida diária, esse tipo de progresso é essencial para garantir que os data centers sejam o mais eficientes possível.”
– Lipson
Como o bloqueio por autoinjeção limpa e multiplica a luz
Qual é o laser mais potente 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 monocromática em um comprimento de onda específico. Diodos laser multimodo, ou lasers de ampla área (BALs), fornecem saídas de potência mais altas 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. Os diodos laser multimodo são amplamente utilizados em aplicações como dispositivos médicos, impressão e geração de imagens e ferramentas de corte a laser.
Embora produzam enormes quantidades de luz, o feixe desses lasers é “confuso”, dificultando sua utilização em aplicações precisas.
Integração de um diodo laser multimodo em um chip fotônico de silício, onde os caminhos da luz são apenas tão largo quanto apenas alguns micrômetros (μm) ou mesmo centenas de nanômetros (nm), contudo, exige uma engenharia cuidadosa.
Para purificar essa fonte de luz poderosa, mas muito barulhenta, a equipe usou um mecanismo de travamento.
O bloqueio de autoinjeção foi empregado no regime não linear para gerar pentes de alta potência no chip e purificar a coerência da fonte da bomba ao mesmo tempo.
O bloqueio de injeção é o efeito de frequência que pode ocorrer quando um oscilador é perturbado por um segundo oscilador operando em uma frequência próxima. Quando as frequências estão próximas o suficiente e o acoplamento é forte, o segundo oscilador pode capturar o primeiro, fazendo com que ele tenha essencialmente a mesma frequência que o segundo oscilador.
Esta técnica é aplicada principalmente a fontes de laser de frequência única de onda contínua (CW) quando é necessária uma saída de alta potência, combinando com um ruído de intensidade muito baixa e ruído de fase.
Ele depende da fotônica de silício para remodelar e limpar o saída do laser, gerando um feixe mais estável e limpo, que é chamado alta coerência. Uma vez que a luz é purificada, as propriedades ópticas não lineares do chip assumem o controle, dividindo o único feixe poderoso em dezenas de cores que são uniformemente espaçados, que é a principal característica de um pente de frequência.
A fonte de luz compacta e de alta eficiência resultante combina a potência bruta de um laser industrial com a estabilidade e a precisão necessárias para comunicações e sensores avançados.
A fonte de baixa coerência foi integrada com alta potência de saída e ressonadores de anel de nitreto de silício. os ressonadores são projetados com dispersão de velocidade de grupo normal, o que significa que a velocidade diminui à medida que a frequência óptica aumenta. Esta ocorre quando comprimentos de onda de luz maiores viajam mais rápido do que comprimentos de onda mais curtos em um meio, fazendo com que os pulsos ópticos se espalhem ao longo do tempo.
Os microcombs criados pela equipe atingiram níveis totais de potência no chip de até 158 mW. As linhas do pente, por sua vez, tinham uma largura de linha intrínseca de 200 kHz. Os pesquisadores também mostrou mais que o dobro do número de linhas de pente insuperável 100 μW e uma ordem de grandeza maior níveis de potência no chip do que quaisquer resultados relatados anteriormente.
Pesquisadores disseram:
“Nossa nova fonte de microcomb bombeada eletricamente tem o tamanho, a potência e a largura de linha necessários para comunicações de dados e pode impactar fortemente outras áreas, como computação de alto desempenho e dispositivos onipresentes para aplicações de detecção espectral e cronometragem.”
O avanço ocorre num momento em que o boom da IA está causando um aumento explosivo na demanda por capacidade de data center. Esta está sobrecarregando sua infraestrutura, dificultando a movimentação rápida de informações. Como resultado, as empresas estão construindo infraestrutura especializada em IA para lidar com os enormes requisitos computacionais necessários para treinar e executar grandes modelos de IA.
Já, fibra links ópticos são sendo utilizado por centros de dados avançados para transportar dados, mas mesmo eles dependem de lasers de comprimento de onda único.
Por ter dezenas de vigas que ocorre em paralelo através o mesmo fibra única, em vez de um feixe transportando apenas um fluxo de dados, os pentes de frequência podem melhorar drasticamente as capacidades dos data centers.
Este mesmo princípio estava por trás do WDM, ou multiplexação por divisão de comprimento de onda, uma tecnologia de fibra óptica que envia vários fluxos de dados simultaneamente por uma única fibra óptica, atribuindo a cada fluxo um comprimento de onda de luz exclusivo, 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 da década de 1990.
Agora, a equipe de Lipson está fabricando pentes de alta potência e múltiplos comprimentos de onda tão pequenos que podem caber diretamente em um chip. Esta conquista irá tornar possível introduzir esta capacidade em aqueles partes de sistemas de computação modernos que são compactos e caros.
Dessa forma, os chips podem mudar a forma como os data centers operam, simplificando a maneira como as informações são transmitidas e processadas., influenciando o design de data centers de última geração e muitos outros dispositivos que dependem de comunicação óptica eficiente. Esses mesmos chips também podem viabilizar sistemas LiDAR avançados, dispositivos quânticos compactos, relógios ópticos extremamente precisos e espectrômetros portáteis.
"Trata-se de trazer fontes de luz de nível laboratorial para dispositivos do mundo real. Se você conseguir torná-las potentes, eficientes e pequenas o suficiente, poderá colocá-las em praticamente qualquer lugar."
- Gil-Molina
Deslize para rolar →
| fonte | Integração | Potência total do pente no chip | Linhas >100 μW | Largura de linha intrínseca (por linha) | Técnica Chave |
|---|---|---|---|---|---|
| Engenharia Columbia (2025) | Diodo laser multimodo + ressonador SiN (no chip) | ~0.16 W (≈160 mW) | ≥25 | ~200 kHz | Bloqueio de autoinjeção em regime não linear |
| Microcombs integrados anteriormente | Chip de ganho + ressonador de alto Q | Ordem de grandeza menor | Menos linhas acima de 100 μW | Varia (normalmente mais amplo) | Vários (geralmente menor potência da bomba) |
Investindo em tecnologia laser
Líder global em fotônica e tecnologias de laser, Corporativa Coerente (COHR ) produz diodos laser semicondutores e componentes ópticos de alto desempenho.
Com seu negócio principal girando em torno do desenvolvimento e fabricação de soluções baseadas em fotônica, que são essenciais na era atual de computação avançada e transmissão de dados, a Coherent se estabeleceu como uma força dominante no setor de comunicações ópticas e detém uma forte participação de mercado.
Seus segmentos incluem Redes, que utiliza sua tecnologia de semicondutores compostos para fornecer componentes e subsistemas. Materiais incluem dispositivos optoeletrônicos como aqueles baseados em carboneto de silício (SiC), antimoneto de gálio (GaSb), arsenieto de gálio (GaAs), fosfeto de índio (InP), seleneto de zinco (ZnSe) e sulfeto de zinco (ZnS). O segmento Lasers atende clientes industriais em semicondutores, fabricação de precisão, aeroespacial e defesa, entre outros, por meio de seus produtos de lasers e óptica.
Corporativa Coerente (COHR )
Com sua ampla gama de produtos inovadores baseados em fotônica, a Coherent é capaz de oferecer soluções personalizadas e completas aos seus clientes, além de atender às necessidades de escalabilidade da infraestrutura de IA.
Seu foco estratégico no mercado de IA posiciona a Coherent como uma potencial grande beneficiária do crescimento contínuo da IA. Esta é um acréscimo à crescente demanda por componentes ópticos de alto desempenho. Mas, ao mesmo tempo, a empresa enfrenta desafios decorrentes do aumento da concorrência nos setores de IA e comunicações ópticas.
No que toca à O desempenho de mercado da Coherent está em um momento de alta, muito parecido o amplo mercado de ações. Com alta de 29.16% neste ano até agora, as ações da COHR estão sendo negociadas a US$ 123.70, no momento em que este artigo foi escrito — uma nova máxima histórica (ATH) que coloca a capitalização de mercado da empresa em US$ 19.20 bilhões.
(COHR )
Em abril, as ações da COHR caíram para US$ 50, à medida que o mercado de ações passava por uma correção, e desde Naquela época, as ações da Coherent subiram cerca de 146%. E há apenas dois anos, a COHR era negociada abaixo de US$ 30, o que representa uma forte recuperação.
Com isso, a empresa está entregando um EPS (TTM) de -0.62 e um P/L (TTM) de -198.72.
Quanto à posição financeira da Coherent, ela relatou uma receita recorde de US$ 1.53 bilhão no quarto trimestre encerrado em 30 de junho de 2025. A margem bruta GAAP durante o período foi de 35.7% e o prejuízo líquido GAAP foi de US$ 0.83 por ação diluída, enquanto em uma base não GAAP, sua margem bruta foi de 38.1% e o lucro líquido por ação diluída foi de US$ 1.00.
No ano fiscal completo de 2025, sua receita também atingiu o recorde de US$ 5.81 bilhões. 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 o lucro líquido por ação diluída foi de US$ 3.53.
De acordo com o CEO Jim Anderson:
“Tivemos um forte ano fiscal de 2025, com crescimento de receita de 23% e expansão de 191% no lucro por ação (LPA) não GAAP. Acreditamos que estamos bem posicionados para continuar a impulsionar o forte crescimento da receita e do lucro a longo prazo, dada a nossa exposição a importantes impulsionadores de crescimento, como data centers de IA.”
Durante este trimestre, a empresa iniciou as remessas de seus produtos transceptores de 1.6T, permitindo aplicações de data center de IA de alto desempenho. Um novo material compósito de diamante SiC também foi introduzido para resfriamento avançado desses datacenters.
Além disso, a Coherent viu sua primeira receita com o Optical Circuit Switch (OCS) e introduziu a plataforma de laser excimer isso tem sido Atualizada para produção de fita supercondutora em alta temperatura para energia emergente de, como a fusão.
Nas últimas semanas, a Coherent lançou vários produtos novos, incluindo uma série completa de CIs de quatro canais que permitem transceptores ópticos mais eficientes e rápidos para IA e nuvem, a primeira solução QSFP28 Dual Laser 100G ZR do setor para maximizar a capacidade na infraestrutura de fibra existente e lasers de onda contínua de 400 mW de alta potência para atender aos requisitos exigentes de aplicações ópticas co-empacotadas e fotônicas de silício.
Recentemente, a Coherent demonstrou seus conjuntos de fotodiodos (PD) e VCSEL 2D de última geração para atender às crescentes demandas de tráfego de dados em data centers modernos.
Há algumas semanas, a Coherent apresentou alterações que incluem o refinanciamento dos compromissos de crédito rotativo existentes e o aumento da facilidade total para 700 milhões de dólares., ao seu Contrato de Crédito com Banco JPMorgan Chase (JPM ) e outros credores, melhorando a liquidez e a flexibilidade financeira da empresa para dar suporte às operações e ao crescimento.
Conclusão
A Universidade de Columbia tem feita uma engenharia realização, mostrando como momentos inesperados na ciência podem levar a ainda maior e melhor descobertas com o capacidade para redefinir campos inteiros. Ao transformar um único feixe confuso em dezenas de canais de luz poderosos e estáveis,A equipe lançou as bases para a próxima geração de sistemas ópticos.
Desde revolucionando o LiDAR e reduzindo dispositivos quânticos Para aumentar a capacidade dos data centers baseados em IA, essa tecnologia representa um grande salto na integração da fotônica. E à medida que o mundo caminha em direção a sistemas de comunicação mais rápidos e energeticamente eficientes, as comunicações compactas...chips de pente de frequência podem formar a base da futura infraestrutura de computação.
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Referências
- Gil-Molina, A., Antman, Y., Westreich, O. et al. (2025). Micropentes bombeados eletricamente de alta potência. Nature Photonics, 19(10), 873–879. Publicado em 7 de 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 vários canais de luz poderosos ao mesmo tempo.
Utilizando um mecanismo de bloqueio especial, os pesquisadores limparam a luz laser suja e alcançaram precisão de nível laboratorial em um pequeno dispositivo de silício. Essa conquista pode melhorar significativamente a eficiência do data center e impulsionar inovações em LiDAR, detecção e tecnologia quântica.
Microcombs reduzem precisão de nível de laboratório para um chip
Os pesquisadores criaram o dispositivo micropente de alta potência para melhorar a tecnologia LiDAR (Light Detection and Ranging).
LiDAR é uma tecnologia de sensoriamento remoto que utiliza luz laser pulsada para calcular distâncias e criar modelos 3D de alta resolução do ambiente. Funciona como um radar, mas utiliza luz em vez de som.
O sistema emite pulsos de laser e cronometra seu retorno para medir distâncias precisas até objetos e rastrear movimentos em tempo real.
Composto por um laser, um scanner e um receptor GPS especializado, um LiDAR O instrumento gera uma 'nuvem de pontos' detalhada de dados, que é então usada para criar mapas 3D para aplicações como direção 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 seu uso ser estendido ao espaço pela NASA. Na década de 2010, automóveis comerciais começaram a utilizar o LiDAR e, desde então, o LiDAR automotivo se tornou muito popular em carros elétricos de última geração.
Dada a crescente aplicação do LiDAR, os pesquisadores têm trabalhado constantemente para aprimorar a tecnologia. Muitas inovações interessantes em tecnologias de laser são integradas à óptica avançada, permitindo maior miniaturização e prometendo o futuro a longo prazo dos sistemas LiDAR.
O foco dos pesquisadores da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas da Universidade de Columbia era encontrar uma maneira de desbloquear maior potência e pureza espectral de sistemas de laser compactos para permitir a geração de pente de frequência em escala de chip para melhorar comunicações, detecção, espectroscopia, LiDAR e outras aplicações fotônicas integradas.
Então, eles criaram um micropente, um dispositivo fotônico em miniatura que produz uma série de frequências ópticas uniformemente espaçadas, como os dentes de um pente, em uma lasca.
Esses pentes de frequência em miniatura integrados têm o potencial de reduzir o tamanho de sistemas complexos tradicionalmente necessários para tais aplicações. Assim, os microcombs integrados são promissores para inúmeras aplicações que requerem alta potência de saída, tamanho reduzido e alta eficiência, como espectroscopia, detecção e comunicação de dados.
Recentemente, pesquisadores demonstraram microcombos eletricamente bombeados por meio da integração de chips de ganho (elementos ópticos semicondutores) com ressonadores de ponta. Mas sua potência óptica geral ainda é muito inferior à necessária para soluções práticas.
Esta limitação tem foi abordado por pesquisadores da Columbia que demonstraram micropentes de alta potência com frequência Kerr bombeadas eletricamente.
De diodos 'bagunçados' a microcombs limpos
Curiosamente, esta foi uma descoberta acidental. Há alguns anos, pesquisadores do laboratório do coautor Michal Lipson, um Professor Eugene Higgins de Engenharia Elétrica e professor de física aplicada, estavam trabalhando em um projeto para aprimorar as capacidades do LiDAR quando eles notei 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 energia pelo chip, percebemos que ele estava criando o que chamamos de pente de frequência", disse Andres Gil-Molina, ex-pesquisador de pós-doutorado 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 cores diferentes alinhadas umas às outras de forma ordenada, como vemos em um arco-íris.
Aqui, dezenas de frequências de luz brilham. Mas as lacunas entre essas diferentes cores ou frequências permanecem escuras. Então, ao olhar para essas diferentes frequências brilhantes em um espectrograma, elas parecem picos ou dentes de um pente, daí o nome.
Como diferentes cores de luz não interferem umas nas outras, cada dente atua como seu próprio canal, oferecendo uma oportunidade incrível de enviar vários fluxos de dados simultaneamente.
Embora extremamente benéfico, criar um pente de frequência potente requer lasers e amplificadores grandes e caros.
Publicado em Nature Photonics1, o artigo detalha como a mesma coisa pode ser feita em um único chip.
A tecnologia que desenvolvemos pega um laser muito potente e o transforma em dezenas de canais limpos e de alta potência em um chip. Isso significa que é possível substituir racks de lasers individuais por um único dispositivo compacto, reduzindo custos, economizando espaço e abrindo caminho para sistemas muito mais rápidos e energeticamente eficientes.
– Gil-Molina
Esta pesquisa não só pode atender à enorme demanda criada pelos data centers por fontes de luz potentes e eficientes contendo muitos comprimentos de onda, mas também marca um marco na missão da equipe de avançar na fotônica de silício.
Conhecido por permitir transferência de dados significativamente mais rápida consumindo menos energia e gerando menos calor do que os tradicionais circuitos eletrônicos, a fotônica de silício encontrou aplicações em data centers de alta velocidade, IA, LiDAR, tecnologias quânticas, IoT e 5G.
A fotônica de silício integra componentes baseados em luz em um chip de silício, utilizando os processos padrão de fabricação CMOS para criar circuitos integrados fotônicos (PICs). Utiliza wafers de silício sobre isolante (SOI) como plataforma semicondutora para formar guias de onda e outros componentes que guiam a luz, proporcionando comunicação mais rápida e com maior eficiência energética, além de dispositivos menores e mais econômicos.
“À medida que essa tecnologia se torna cada vez mais central para a infraestrutura crítica e para nossa vida diária, esse tipo de progresso é essencial para garantir que os data centers sejam o mais eficientes possível.”
– Lipson
Como o bloqueio por autoinjeção limpa e multiplica a luz
Qual é o laser mais potente 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 monocromática em um comprimento de onda específico. Diodos laser multimodo, ou lasers de ampla área (BALs), fornecem saídas de potência mais altas 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. Os diodos laser multimodo são amplamente utilizados em aplicações como dispositivos médicos, impressão e geração de imagens e ferramentas de corte a laser.
Embora produzam enormes quantidades de luz, o feixe desses lasers é “confuso”, dificultando sua utilização em aplicações precisas.
Integração de um diodo laser multimodo em um chip fotônico de silício, onde os caminhos da luz são apenas tão largo quanto apenas alguns micrômetros (μm) ou mesmo centenas de nanômetros (nm), contudo, exige uma engenharia cuidadosa.
Para purificar essa fonte de luz poderosa, mas muito barulhenta, a equipe usou um mecanismo de travamento.
O bloqueio de autoinjeção foi empregado no regime não linear para gerar pentes de alta potência no chip e purificar a coerência da fonte da bomba ao mesmo tempo.
O bloqueio de injeção é o efeito de frequência que pode ocorrer quando um oscilador é perturbado por um segundo oscilador operando em uma frequência próxima. Quando as frequências estão próximas o suficiente e o acoplamento é forte, o segundo oscilador pode capturar o primeiro, fazendo com que ele tenha essencialmente a mesma frequência que o segundo oscilador.
Esta técnica é aplicada principalmente a fontes de laser de frequência única de onda contínua (CW) quando é necessária uma saída de alta potência, combinando com um ruído de intensidade muito baixa e ruído de fase.
Ele depende da fotônica de silício para remodelar e limpar o saída do laser, gerando um feixe mais estável e limpo, que é chamado alta coerência. Uma vez que a luz é purificada, as propriedades ópticas não lineares do chip assumem o controle, dividindo o único feixe poderoso em dezenas de cores que são uniformemente espaçados, que é a principal característica de um pente de frequência.
A fonte de luz compacta e de alta eficiência resultante combina a potência bruta de um laser industrial com a estabilidade e a precisão necessárias para comunicações e sensores avançados.
A fonte de baixa coerência foi integrada com alta potência de saída e ressonadores de anel de nitreto de silício. os ressonadores são projetados com dispersão de velocidade de grupo normal, o que significa que a velocidade diminui à medida que a frequência óptica aumenta. Esta ocorre quando comprimentos de onda de luz maiores viajam mais rápido do que comprimentos de onda mais curtos em um meio, fazendo com que os pulsos ópticos se espalhem ao longo do tempo.
Os microcombs criados pela equipe atingiram níveis totais de potência no chip de até 158 mW. As linhas do pente, por sua vez, tinham uma largura de linha intrínseca de 200 kHz. Os pesquisadores também mostrou mais que o dobro do número de linhas de pente insuperável 100 μW e uma ordem de grandeza maior níveis de potência no chip do que quaisquer resultados relatados anteriormente.
Pesquisadores disseram:
“Nossa nova fonte de microcomb bombeada eletricamente tem o tamanho, a potência e a largura de linha necessários para comunicações de dados e pode impactar fortemente outras áreas, como computação de alto desempenho e dispositivos onipresentes para aplicações de detecção espectral e cronometragem.”
O avanço ocorre num momento em que o boom da IA está causando um aumento explosivo na demanda por capacidade de data center. Esta está sobrecarregando sua infraestrutura, dificultando a movimentação rápida de informações. Como resultado, as empresas estão construindo infraestrutura especializada em IA para lidar com os enormes requisitos computacionais necessários para treinar e executar grandes modelos de IA.
Já, fibra links ópticos são sendo utilizado por centros de dados avançados para transportar dados, mas mesmo eles dependem de lasers de comprimento de onda único.
Por ter dezenas de vigas que ocorre em paralelo através o mesmo fibra única, em vez de um feixe transportando apenas um fluxo de dados, os pentes de frequência podem melhorar drasticamente as capacidades dos data centers.
Este mesmo princípio estava por trás do WDM, ou multiplexação por divisão de comprimento de onda, uma tecnologia de fibra óptica que envia vários fluxos de dados simultaneamente por uma única fibra óptica, atribuindo a cada fluxo um comprimento de onda de luz exclusivo, 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 da década de 1990.
Agora, a equipe de Lipson está fabricando pentes de alta potência e múltiplos comprimentos de onda tão pequenos que podem caber diretamente em um chip. Esta conquista irá tornar possível introduzir esta capacidade em aqueles partes de sistemas de computação modernos que são compactos e caros.
Dessa forma, os chips podem mudar a forma como os data centers operam, simplificando a maneira como as informações são transmitidas e processadas., influenciando o design de data centers de última geração e muitos outros dispositivos que dependem de comunicação óptica eficiente. Esses mesmos chips também podem viabilizar sistemas LiDAR avançados, dispositivos quânticos compactos, relógios ópticos extremamente precisos e espectrômetros portáteis.
"Trata-se de trazer fontes de luz de nível laboratorial para dispositivos do mundo real. Se você conseguir torná-las potentes, eficientes e pequenas o suficiente, poderá colocá-las em praticamente qualquer lugar."
- Gil-Molina
Deslize para rolar →
| fonte | Integração | Potência total do pente no chip | Linhas >100 μW | Largura de linha intrínseca (por linha) | Técnica Chave |
|---|---|---|---|---|---|
| Engenharia Columbia (2025) | Diodo laser multimodo + ressonador SiN (no chip) | ~0.16 W (≈160 mW) | ≥25 | ~200 kHz | Bloqueio de autoinjeção em regime não linear |
| Microcombs integrados anteriormente | Chip de ganho + ressonador de alto Q | Ordem de grandeza menor | Menos linhas acima de 100 μW | Varia (normalmente mais amplo) | Vários (geralmente menor potência da bomba) |
Investindo em tecnologia laser
Líder global em fotônica e tecnologias de laser, Corporativa Coerente (COHR ) produz diodos laser semicondutores e componentes ópticos de alto desempenho.
Com seu negócio principal girando em torno do desenvolvimento e fabricação de soluções baseadas em fotônica, que são essenciais na era atual de computação avançada e transmissão de dados, a Coherent se estabeleceu como uma força dominante no setor de comunicações ópticas e detém uma forte participação de mercado.
Seus segmentos incluem Redes, que utiliza sua tecnologia de semicondutores compostos para fornecer componentes e subsistemas. Materiais incluem dispositivos optoeletrônicos como aqueles baseados em carboneto de silício (SiC), antimoneto de gálio (GaSb), arsenieto de gálio (GaAs), fosfeto de índio (InP), seleneto de zinco (ZnSe) e sulfeto de zinco (ZnS). O segmento Lasers atende clientes industriais em semicondutores, fabricação de precisão, aeroespacial e defesa, entre outros, por meio de seus produtos de lasers e óptica.
Corporativa Coerente (COHR )
Com sua ampla gama de produtos inovadores baseados em fotônica, a Coherent é capaz de oferecer soluções personalizadas e completas aos seus clientes, além de atender às necessidades de escalabilidade da infraestrutura de IA.
Seu foco estratégico no mercado de IA posiciona a Coherent como uma potencial grande beneficiária do crescimento contínuo da IA. Esta é um acréscimo à crescente demanda por componentes ópticos de alto desempenho. Mas, ao mesmo tempo, a empresa enfrenta desafios decorrentes do aumento da concorrência nos setores de IA e comunicações ópticas.
No que toca à O desempenho de mercado da Coherent está em um momento de alta, muito parecido o amplo mercado de ações. Com alta de 29.16% neste ano até agora, as ações da COHR estão sendo negociadas a US$ 123.70, no momento em que este artigo foi escrito — uma nova máxima histórica (ATH) que coloca a capitalização de mercado da empresa em US$ 19.20 bilhões.
(COHR )
Em abril, as ações da COHR caíram para US$ 50, à medida que o mercado de ações passava por uma correção, e desde Naquela época, as ações da Coherent subiram cerca de 146%. E há apenas dois anos, a COHR era negociada abaixo de US$ 30, o que representa uma forte recuperação.
Com isso, a empresa está entregando um EPS (TTM) de -0.62 e um P/L (TTM) de -198.72.
Quanto à posição financeira da Coherent, ela relatou uma receita recorde de US$ 1.53 bilhão no quarto trimestre encerrado em 30 de junho de 2025. A margem bruta GAAP durante o período foi de 35.7% e o prejuízo líquido GAAP foi de US$ 0.83 por ação diluída, enquanto em uma base não GAAP, sua margem bruta foi de 38.1% e o lucro líquido por ação diluída foi de US$ 1.00.
No ano fiscal completo de 2025, sua receita também atingiu o recorde de US$ 5.81 bilhões. 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 o lucro líquido por ação diluída foi de US$ 3.53.
De acordo com o CEO Jim Anderson:
“Tivemos um forte ano fiscal de 2025, com crescimento de receita de 23% e expansão de 191% no lucro por ação (LPA) não GAAP. Acreditamos que estamos bem posicionados para continuar a impulsionar o forte crescimento da receita e do lucro a longo prazo, dada a nossa exposição a importantes impulsionadores de crescimento, como data centers de IA.”
Durante este trimestre, a empresa iniciou as remessas de seus produtos transceptores de 1.6T, permitindo aplicações de data center de IA de alto desempenho. Um novo material compósito de diamante SiC também foi introduzido para resfriamento avançado desses datacenters.
Além disso, a Coherent viu sua primeira receita com o Optical Circuit Switch (OCS) e introduziu a plataforma de laser excimer que tem sido Atualizada para produção de fita supercondutora em alta temperatura para energia emergente de, como a fusão.
Nas últimas semanas, a Coherent lançou vários produtos novos, incluindo uma série completa de CIs de quatro canais que permitem transceptores ópticos mais eficientes e rápidos para IA e nuvem, a primeira solução QSFP28 Dual Laser 100G ZR do setor para maximizar a capacidade na infraestrutura de fibra existente e lasers de onda contínua de 400 mW de alta potência para atender aos requisitos exigentes de aplicações ópticas co-empacotadas e fotônicas de silício.
Recentemente, a Coherent demonstrou seus conjuntos de fotodiodos (PD) e VCSEL 2D de última geração para atender às crescentes demandas de tráfego de dados em data centers modernos.
Há algumas semanas, a Coherent apresentou alterações que incluem o refinanciamento dos compromissos de crédito rotativo existentes e o aumento da facilidade total para 700 milhões de dólares., ao seu Contrato de Crédito com Banco JPMorgan Chase (JPM ) e outros credores, melhorando a liquidez e a flexibilidade financeira da empresa para dar suporte às operações e ao crescimento.
Conclusão
A Universidade de Columbia tem feita uma engenharia realização, mostrando como momentos inesperados na ciência podem levar a ainda maior e melhor descobertas com o capacidade para redefinir campos inteiros. Ao transformar um único feixe confuso em dezenas de canais de luz poderosos e estáveis,A equipe lançou as bases para a próxima geração de sistemas ópticos.
Desde revolucionando o LiDAR e reduzindo dispositivos quânticos Para aumentar a capacidade dos data centers baseados em IA, essa tecnologia representa um grande salto na integração da fotônica. E à medida que o mundo caminha em direção a sistemas de comunicação mais rápidos e energeticamente eficientes, as comunicações compactas...chips de pente de frequência podem formar a base da futura infraestrutura de computação.
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Referências
- Gil-Molina, A., Antman, Y., Westreich, O. et al. (2025). Micropentes bombeados eletricamente de alta potência. Nature Photonics, 19(10), 873–879. Publicado em 7 de outubro de 2025. https://doi.org/10.1038/s41566-025-01769-z
