Chipskaliga frekvenskammar driver dataframtiden

Forskare från Columbia Engineering har skapat ett nytt chip som kan omvandla en laser till en "frekvenskam" och generera flera kraftfulla ljuskanaler samtidigt.

Genom att använda en speciell låsmekanism rengjorde forskarna smutsigt laserljus och uppnådde noggrannhet i laboratorieklass på en liten kiselenhetDenna prestation kan avsevärt förbättra datacenters effektivitet och driva innovationer inom LiDAR, sensorer och kvantteknik.

Mikrokammar krymper precision i laboratorieklass på ett chip 

Forskarna skapade den högeffektiva mikrokamanordningen för att förbättra LiDAR-tekniken (Light Detection and Ranging).

LiDAR är en fjärranalysteknik som använder pulserande laserljus för att beräkna avstånd och skapa högupplösta 3D-modeller av miljön. Den fungerar som radar, men använder ljus istället för ljud.

Systemet avger laserpulser och tidbestämmer deras återkomst för att mäta exakta avstånd till objekt och spåra rörelse i realtid.

Bestående av en laser, en skanner och en specialiserad GPS-mottagare, en LiDAR Instrumentet genererar ett detaljerat "punktmoln" av data, som sedan används för att skapa 3D-kartor för tillämpningar som autonom körning, miljöövervakning, kartläggning och arkeologi.

Tekniken uppfanns redan på 1960-talet och användes initialt inom meteorologi, havsanalys och topografisk kartläggning, innan dess användning utvidgades till rymden av NASA. På 2010-talet började kommersiella bilar använda LiDAR, och sedan dess har LiDAR för fordon blivit mycket populärt i avancerade elbilar.

Med tanke på den växande tillämpningen av LiDAR har forskare ständigt arbetat med att förbättra tekniken. Många spännande innovationer inom laserteknik integreras med avancerad optik, vilket möjliggör ytterligare miniatyrisering och lovar potential för LiDAR-systemens långsiktiga framtid.

Fokus för forskare från Columbia University School of Engineering and Applied Science var att hitta ett sätt att frigöra högre effekt och spektral renhet från kompakta lasersystem för att möjliggöra generering av frekvenskam i chipskala. att förbättra kommunikation, avkänning, spektroskopi, LiDAR och andra integrerade fotoniska tillämpningar.

Så de har skapat en mikrokam, en miniatyrfotonisk enhet som producerar en serie jämnt fördelade optiska frekvenser, som tänderna på en kam, på ett flis.

Dessa integrerade miniatyrfrekvenskammar har potential att minska storleken på komplexa system som traditionellt krävs för sådana tillämpningar. Således är integrerade mikrokammar lovande för många tillämpningar som kräver hög uteffekt, litet fotavtryck och hög effektivitet, såsom spektroskopi, avkänning och datakommunikation.

Nyligen har forskare demonstrerat elektriskt pumpade mikrokammar genom integration av förstärkningschips (optiska halvledarelement) med resonatorer av högsta kvalitet. Men deras totala optiska effekt är fortfarande mycket lägre än vad praktiska lösningar behöver.

Denna begränsning har har tagits upp av Columbia-forskare som demonstrerade högeffekts elektriskt pumpade Kerr-frekvensmikrokammar. 

Från "kladdiga" dioder till rena mikrokammar

Intressant nog var detta en oavsiktlig upptäckt. För några år sedan, forskare i medförfattaren Michal Lipsons laboratorium, en Eugene Higgins professor i elektroteknik och professor i tillämpad fysik, arbetade med ett projekt för att förbättra LiDAR-funktionerna när de märkte något otroligt.

De designade högpresterande chip som kunde generera ljusare ljusstrålar, och "när vi skickade mer och mer kraft genom chipet märkte vi att det skapade det vi kallar en frekvenskam", sa Andres Gil-Molina, en tidigare postdoktor i Lipsons laboratorium och för närvarande huvudingenjör på Xscape Photonics.

En frekvenskam är ett spektrum som består av diskreta och regelbundet placerade spektrallinjer. Det betyder att denna speciella typ av ljus innehåller olika färger som är uppradade bredvid varandra på ett ordnat sätt, precis som i en regnbåge.

Här lyser dussintals ljusfrekvenser. Men mellanrummen mellan dessa olika färger eller frekvenser förblir mörka. Så, när man tittar på dessa olika ljusa frekvenser på ett spektrogram, ser de ut som spikar. eller tänder på en kam, därav namnet.

Eftersom olika ljusfärger inte stör varandra fungerar varje tand som sin egen kanal, vilket erbjuder en otrolig möjlighet att skicka flera dataströmmar samtidigt.

Även om det är extremt fördelaktigt kräver det stora och dyra lasrar och förstärkare för att skapa en kraftfull frekvenskam. 

Publicerad i Naturfotonik¹, dokumentet beskriver hur samma sak kan göras på ett enda chip. 

”Tekniken vi har utvecklat tar en mycket kraftfull laser och omvandlar den till dussintals rena, högpresterande kanaler på ett chip. Det innebär att man kan ersätta rack med individuella lasrar med en kompakt enhet, vilket minskar kostnaderna, sparar utrymme och öppnar dörren till mycket snabbare och mer energieffektiva system.”

– Gil-Molina

Denna forskning kan inte bara uppfylla den enorma efterfrågan som skapas av datacenter på kraftfulla och effektiva ljuskällor som innehåller många våglängder, utan den markerar också en milstolpe i teamets uppdrag att utveckla kiselfotonik.

Känd för att möjliggöra betydligt snabbare dataöverföring samtidigt som den förbrukar mindre ström och genererar mindre värme än traditionella Elektroniska kretsar har kiselfotonik funnit tillämpningar i höghastighetsdatacenter, AI, LiDAR, kvantteknik, IoT och 5G.

Kiselfotonik integrerar ljusbaserade komponenter på ett kiselchip med hjälp av standard CMOS-tillverkningsprocesser för att skapa fotoniska integrerade kretsar (PIC). Den använder kisel-på-isolator (SOI)-skivor som halvledarplattform för att bilda vågledare och andra komponenter som styr ljus för snabbare, mer energieffektiv kommunikation och mindre, mer kostnadseffektiva enheter.

”I takt med att den här tekniken blir alltmer central för kritisk infrastruktur och våra dagliga liv, är den här typen av framsteg avgörande för att säkerställa att datacenter är så effektiva som möjligt.”

– Lipson

Hur självinjektionslåsning rengör och multiplicerar ljus

Vilken är den kraftfullaste lasern som kan placeras på ett chip? Denna fråga ledde forskarna till deras genombrott.

Columbia-teamet valde en multimodlaserdiod. En laserdiod (LD) är en halvledarkomponent som producerar enfärgat ljus vid en specifik våglängd. Multimodlaserdioder, eller breda lasrar (BAL), ger högre uteffekt och är idealiska när hög optisk effekt krävs och strålkvaliteten är mindre kritisk.

Dessa enheter producerar en bredare stråle, vilket minskar strålkvaliteten men ökar effekttätheten. Multimodlaserdioder används ofta i applikationer som medicintekniska produkter, utskrift och bildbehandling samt laserskärverktyg. 

Även om de producerar enorma mängder ljus är strålen från dessa lasrar "kladdig", vilket gör det svårt att använda dem för exakta tillämpningar. 

Integrering av en multimodlaserdiod i ett kiselfotonikchip, där ljusbanorna endast är lika bred som precis några få mikrometer (μm) eller till och med hundratals nanometer (nm), dock, kräver noggrann ingenjörskonst.

För att rena denna kraftfulla men mycket bullriga ljuskälla använde teamet en låsmekanism.

Självinjektionslåsningen användes i det ickelinjära regimet för att generera höga effektkammar på chipet och rena pumpkällans koherens. Samtidigt.

Injektionslåsning är den frekvenseffekt som kan uppstå när en oscillator störs av en andra oscillator som arbetar på en närliggande frekvens. När frekvenserna är tillräckligt nära varandra och kopplingen är stark, kan den andra oscillatorn fånga upp den första, vilket gör att den har i huvudsak samma frekvens som den andra oscillatorn.

Denna teknik tillämpas främst på kontinuerliga vågor (CW) med en frekvens när hög effekt krävs, kombinera med en mycket lågintensivt brus och fasbrus.

Den förlitar sig på kiselfotonik för att omforma och rensa upp laserns utgång, vilket genererar en stabilare och renare stråle, som kallas hög koherens. När ljuset har renats tar chipets ickelinjära optiska egenskaper över och delar upp den enda kraftfulla strålen i dussintals färger som... är jämnt fördelade, vilket är den viktigaste egenskapen hos en frekvenskam.

Den resulterande kompakta, högeffektiva ljuskällan kombinerar en industriell lasers råa kraft med den stabilitet och precision som krävs för avancerad kommunikation och avkänning.

Källan med låg koherens integrerades med hög uteffekt och kiselnitridringresonatorer. Resonatorerna är designade med normal grupphastighetsdispersion, vilket innebär att hastigheten minskar när den optiska frekvensen ökar. Detta inträffar när längre ljusvåglängder färdas snabbare än kortare våglängder i ett medium, vilket gör att optiska pulser sprider sig ut över tid.

Mikrokammarna som teamet skapade uppnådde en total effekt på chipet på upp till 158 mW. Kamlinjerna hade däremot en inneboende linjebredd på 200 kHz. Forskarna också visade mer än dubbelt så många kamlinjer överträffar 100 μW och en storleksordning högre effektnivåer på chipet än tidigare rapporterade resultat.

Forskarna sa:

"Vår nya elektriskt pumpade mikrokamkälla har den storlek, effekt och linjebredd som krävs för datakommunikation, och skulle kunna ha en stark inverkan på andra områden som högpresterande datoranvändning och allestädes närvarande enheter för spektralavkänning och tidshanteringstillämpningar." 

Genombrottet kommer vid en tidpunkt då AI-boomen orsakar en explosionsartad ökning av efterfrågan på datacenterkapacitet. Detta orsakar en belastning på deras infrastruktur och kämpar med att flytta information i hög hastighet. Som ett resultat bygger företag AI-specialiserad infrastruktur för att hantera de massiva beräkningskraven för utbildning och körning av stora AI-modeller. 

Redan fiber optiska länkar är utnyttjas av avancerade datacenter för att transportera data, men även de är beroende av lasrar med en våglängd.

Genom att ha dussintals strålar rinnande parallellt genom det samma en enda fiber, istället för en stråle som bara bär en dataström, kan frekvenskammar dramatiskt förbättra datacenters kapacitet.

Samma princip låg bakom WDM, eller våglängdsmultiplexering, en fiberoptisk teknik som skickar flera dataströmmar samtidigt över en enda optisk fiber genom att tilldela varje ström en unik ljusvåglängd, vilket avsevärt ökar datakapaciteten och möjliggör högre bandbredd. WDM hjälpte internet att bli ett globalt höghastighetsnätverk i slutet av 1990-talet.

Nu tillverkar Lipsons team högpresterande kammar med flera våglängder som är så små att de kan passa direkt på ett chip. Denna prestation kommer att göra det möjligt att introducera denna förmåga in i de delar av moderna datorsystem som är kompakta och dyra.

På så sätt kan chippen förändra hur datacenter fungerar genom att effektivisera hur information överförs och bearbetas., påverkande designen av nästa generations datacenter och många andra enheter som är beroende av effektiv optisk kommunikation. Samma chips skulle också kunna möjliggöra avancerade LiDAR-system, kompakta kvantenheter, extremt exakta optiska klockor och bärbara spektrometrar.

"Det här handlar om att föra in ljuskällor av laboratoriekvalitet i verkliga apparater. Om man kan göra dem kraftfulla, effektiva och tillräckligt små kan man placera dem nästan var som helst."

- Gil-Molina

Svep för att skrolla →

Investera i laserteknik

En global ledare inom fotonik och laserteknik, Coherent Corp. (COHR ) producerar halvledarlaserdioder och högpresterande optiska komponenter.

Med sin kärnverksamhet som kretsar kring att utveckla och tillverka fotonikbaserade lösningar, vilka är avgörande i dagens tidsålder av avancerad databehandling och dataöverföring, har Coherent etablerat sig som en dominerande kraft inom den optiska kommunikationsindustrin och har en stark marknadsandel. 

Dess segment inkluderar Networking, som utnyttjar sin sammansatta halvledarteknik för att leverera komponenter och delsystem. Materials inkluderar optoelektroniska enheter som de som är baserade på kiselkarbid (SiC), galliumantimonid (GaSb), galliumarsenid (GaAs), indiumfosfid (InP), zinkselenid (ZnSe) och zinksulfid (ZnS). Lasersegmentet betjänar industrikunder inom halvledare, precisionstillverkning samt flyg- och försvarsindustrin, och andra genom sina lasrar och optiska produkter.

Coherent Corp. (COHR )

Med sitt breda utbud av innovativa fotonikbaserade produkter kan Coherent erbjuda skräddarsydda och heltäckande lösningar till sina kunder samt tillgodose AI-infrastrukturens skalbarhetsbehov.

Dess strategiska fokus på AI-marknaden positionerar Coherent som en potentiell stor mottagare av den pågående AI-tillväxten. Detta är ett tillägg till den ökande efterfrågan på högpresterande optiska komponenter. Men samtidigt står företaget inför utmaningar från ökad konkurrens inom både AI- och optisk kommunikation.

När det gäller att Coherents marknadsutveckling, den upplever en positiv period, mycket liknande den breda aktiemarknaden. COHR-aktierna är upp 29.16 % hittills i år och handlas för närvarande till 123.70 dollar i skrivande stund – en ny rekordnivå (ATH) som placerar företagets börsvärde på 19.20 miljarder dollar.

I april hade COHR-aktierna fallit till 50 dollar då aktiemarknaden genomgick en korrigering., och sedan då har Coherents aktier stigit med cirka 146 %. Och för bara två år sedan handlades COHR under 30 dollar, vilket representerar en stark återhämtning.

Med det levererar företaget en vinst per aktie (TTM) på -0.62 och ett P/E (TTM) på -198.72.

När det gäller Coherents finansiella ställning rapporterade företaget en rekordintäkt på 1.53 miljarder dollar för fjärde kvartalet som slutade den 30 juni 2025. Bruttomarginalen enligt GAAP under perioden var 35.7 % och nettoförlusten enligt GAAP var 0.83 dollar per utspädd aktie, medan bruttomarginalen, på icke-GAAP-basis, var 38.1 % och nettoresultatet per utspädd aktie var 1.00 dollar.

För hela räkenskapsåret 2025 var dess intäkter också rekordhöga 5.81 miljarder dollar. Bruttomarginalen enligt GAAP var 35.2 % och nettoförlusten enligt GAAP var 0.52 dollar per utspädd aktie, medan bruttomarginalen enligt icke-GAAP var 37.9 % och nettoresultatet per utspädd aktie var 3.53 dollar.

Enligt VD Jim Anderson:

”Vi levererade ett starkt räkenskapsår 2025 med en intäktstillväxt på 23 % och en icke-GAAP-vinstökning på 191 %. Vi tror att vi är väl positionerade för att fortsätta driva stark intäkts- och vinsttillväxt på lång sikt, givet vår exponering mot viktiga tillväxtfaktorer som AI-datacenter.”

Under detta kvartal påbörjade företaget leveranser av sina 1.6T-sändtagare, vilket möjliggör högpresterande AI-datacenterapplikationer. Ett nytt diamantkompositmaterial i SiC introducerades också för avancerad kylning av dessa datacenter.

Dessutom såg Coherent sina första intäkter från Optical Circuit Switch (OCS) och introducerade excimerlaserplattformen. det har varit uppdaterad för högtemperaturproduktion av supraledarband för framväxande energi tech, som fusion. 

Under de senaste veckorna har Coherent släppt flera nya produkter, inklusive en hel serie fyrkanaliga integrerade kretsar som möjliggör effektivare och snabbare optiska sändtagare för AI och moln, branschens första QSFP28 Dual Laser 100G ZR-lösning för att maximera kapaciteten på befintlig fiberinfrastruktur, och högpresterande 400 mW kontinuerliga våglasrar för att möta de krävande kraven från sampaketerade optik- och kiselfotonikapplikationer.

Nyligen demonstrerade Coherent sina nästa generations 2D VCSEL- och fotodiodmatriser (PD) för att möta de ökande kraven på datatrafik i moderna datacenter.

För ett par veckor sedan ingick Coherent tillägg, vilka inkluderar refinansiering av befintliga revolverande kreditåtaganden och en ökning av den totala kreditfaciliteten till 700 miljoner dollar., till sitt kreditavtal med JPMorgan Chase Bank (JPM ) och andra långivare, förbättrar företagets likviditet och finansiella flexibilitet för att stödja verksamhet och tillväxt.

Slutsats

Columbia University har gjord en ingenjör uppnåendet, visar hur oväntade ögonblick inom vetenskapen kan leda till ännu större och bättre upptäckter med kapacitet att omdefiniera hela fält. Genom att omvandla en enda rörig ljusstråle till dussintals kraftfulla, stabila ljuskanaler, tTeamet har lagt grunden för nästa generations optiska system.

Från revolutionerar LiDAR och krymper kvantkomponenter För att öka kapaciteten hos AI-drivna datacenter representerar denna teknik ett stort steg inom fotonikintegration. Och i takt med att världen går mot snabbare, mer energieffektiva kommunikationssystem, kompakta ffrekvenskamchips skulle kunna utgöra grunden för framtida datorinfrastruktur.

Klicka här för att lära dig allt om att investera i artificiell intelligens.

Referensprojekt

1. Gil-Molina, A., Antman, Y., Westreich, O., et al. (2025). Högpresterande elektriskt pumpade mikrokakor. Nature Photonics, 19(10), 873–879. Publicerad 7 oktober 2025. https://doi.org/10.1038/s41566-025-01769-z

Forskare från Columbia Engineering har skapat ett nytt chip som kan omvandla en laser till en "frekvenskam" och generera flera kraftfulla ljuskanaler samtidigt.

Genom att använda en speciell låsmekanism rengjorde forskarna smutsigt laserljus och uppnådde noggrannhet i laboratorieklass på en liten kiselenhetDenna prestation kan avsevärt förbättra datacenters effektivitet och driva innovationer inom LiDAR, sensorer och kvantteknik.

Mikrokammar krymper precision i laboratorieklass på ett chip 

Forskarna skapade den högeffektiva mikrokamanordningen för att förbättra LiDAR-tekniken (Light Detection and Ranging).

LiDAR är en fjärranalysteknik som använder pulserande laserljus för att beräkna avstånd och skapa högupplösta 3D-modeller av miljön. Den fungerar som radar, men använder ljus istället för ljud.

Systemet avger laserpulser och tidbestämmer deras återkomst för att mäta exakta avstånd till objekt och spåra rörelse i realtid.

Bestående av en laser, en skanner och en specialiserad GPS-mottagare, en LiDAR Instrumentet genererar ett detaljerat "punktmoln" av data, som sedan används för att skapa 3D-kartor för tillämpningar som autonom körning, miljöövervakning, kartläggning och arkeologi.

Tekniken uppfanns redan på 1960-talet och användes initialt inom meteorologi, havsanalys och topografisk kartläggning, innan dess användning utvidgades till rymden av NASA. På 2010-talet började kommersiella bilar använda LiDAR, och sedan dess har LiDAR för fordon blivit mycket populärt i avancerade elbilar.

Med tanke på den växande tillämpningen av LiDAR har forskare ständigt arbetat med att förbättra tekniken. Många spännande innovationer inom laserteknik integreras med avancerad optik, vilket möjliggör ytterligare miniatyrisering och lovar potential för LiDAR-systemens långsiktiga framtid.

Fokus för forskare från Columbia University School of Engineering and Applied Science var att hitta ett sätt att frigöra högre effekt och spektral renhet från kompakta lasersystem för att möjliggöra generering av frekvenskam i chipskala. att förbättra kommunikation, avkänning, spektroskopi, LiDAR och andra integrerade fotoniska tillämpningar.

Så de har skapat en mikrokam, en miniatyrfotonisk enhet som producerar en serie jämnt fördelade optiska frekvenser, som tänderna på en kam, på ett flis.

Dessa integrerade miniatyrfrekvenskammar har potential att minska storleken på komplexa system som traditionellt krävs för sådana tillämpningar. Således är integrerade mikrokammar lovande för många tillämpningar som kräver hög uteffekt, litet fotavtryck och hög effektivitet, såsom spektroskopi, avkänning och datakommunikation.

Nyligen har forskare demonstrerat elektriskt pumpade mikrokammar genom integration av förstärkningschips (optiska halvledarelement) med resonatorer av högsta kvalitet. Men deras totala optiska effekt är fortfarande mycket lägre än vad praktiska lösningar behöver.

Denna begränsning har har tagits upp av Columbia-forskare som demonstrerade högeffekts elektriskt pumpade Kerr-frekvensmikrokammar. 

Från "kladdiga" dioder till rena mikrokammar

Intressant nog var detta en oavsiktlig upptäckt. För några år sedan, forskare i medförfattaren Michal Lipsons laboratorium, en Eugene Higgins professor i elektroteknik och professor i tillämpad fysik, arbetade med ett projekt för att förbättra LiDAR-funktionerna när de märkte något otroligt.

De designade högpresterande chip som kunde generera ljusare ljusstrålar, och "när vi skickade mer och mer kraft genom chipet märkte vi att det skapade det vi kallar en frekvenskam", sa Andres Gil-Molina, en tidigare postdoktor i Lipsons laboratorium och för närvarande huvudingenjör på Xscape Photonics.

En frekvenskam är ett spektrum som består av diskreta och regelbundet placerade spektrallinjer. Det betyder att denna speciella typ av ljus innehåller olika färger som är uppradade bredvid varandra på ett ordnat sätt, precis som i en regnbåge.

Här lyser dussintals ljusfrekvenser. Men mellanrummen mellan dessa olika färger eller frekvenser förblir mörka. Så, när man tittar på dessa olika ljusa frekvenser på ett spektrogram, ser de ut som spikar. eller tänder på en kam, därav namnet.

Eftersom olika ljusfärger inte stör varandra fungerar varje tand som sin egen kanal, vilket erbjuder en otrolig möjlighet att skicka flera dataströmmar samtidigt.

Även om det är extremt fördelaktigt kräver det stora och dyra lasrar och förstärkare för att skapa en kraftfull frekvenskam. 

Publicerad i Naturfotonik¹, dokumentet beskriver hur samma sak kan göras på ett enda chip. 

”Tekniken vi har utvecklat tar en mycket kraftfull laser och omvandlar den till dussintals rena, högpresterande kanaler på ett chip. Det innebär att man kan ersätta rack med individuella lasrar med en kompakt enhet, vilket minskar kostnaderna, sparar utrymme och öppnar dörren till mycket snabbare och mer energieffektiva system.”

– Gil-Molina

Denna forskning kan inte bara uppfylla den enorma efterfrågan som skapas av datacenter på kraftfulla och effektiva ljuskällor som innehåller många våglängder, utan den markerar också en milstolpe i teamets uppdrag att utveckla kiselfotonik.

Känd för att möjliggöra betydligt snabbare dataöverföring samtidigt som den förbrukar mindre ström och genererar mindre värme än traditionella Elektroniska kretsar har kiselfotonik funnit tillämpningar i höghastighetsdatacenter, AI, LiDAR, kvantteknik, IoT och 5G.

Kiselfotonik integrerar ljusbaserade komponenter på ett kiselchip med hjälp av standard CMOS-tillverkningsprocesser för att skapa fotoniska integrerade kretsar (PIC). Den använder kisel-på-isolator (SOI)-skivor som halvledarplattform för att bilda vågledare och andra komponenter som styr ljus för snabbare, mer energieffektiv kommunikation och mindre, mer kostnadseffektiva enheter.

”I takt med att den här tekniken blir alltmer central för kritisk infrastruktur och våra dagliga liv, är den här typen av framsteg avgörande för att säkerställa att datacenter är så effektiva som möjligt.”

– Lipson

Hur självinjektionslåsning rengör och multiplicerar ljus

Vilken är den kraftfullaste lasern som kan placeras på ett chip? Denna fråga ledde forskarna till deras genombrott.

Columbia-teamet valde en multimodlaserdiod. En laserdiod (LD) är en halvledarkomponent som producerar enfärgat ljus vid en specifik våglängd. Multimodlaserdioder, eller breda lasrar (BAL), ger högre uteffekt och är idealiska när hög optisk effekt krävs och strålkvaliteten är mindre kritisk.

Dessa enheter producerar en bredare stråle, vilket minskar strålkvaliteten men ökar effekttätheten. Multimodlaserdioder används ofta i applikationer som medicintekniska produkter, utskrift och bildbehandling samt laserskärverktyg. 

Även om de producerar enorma mängder ljus är strålen från dessa lasrar "kladdig", vilket gör det svårt att använda dem för exakta tillämpningar. 

Integrering av en multimodlaserdiod i ett kiselfotonikchip, där ljusbanorna endast är lika bred som precis några få mikrometer (μm) eller till och med hundratals nanometer (nm), dock, kräver noggrann ingenjörskonst.

För att rena denna kraftfulla men mycket bullriga ljuskälla använde teamet en låsmekanism.

Självinjektionslåsningen användes i det ickelinjära regimet för att generera höga effektkammar på chipet och rena pumpkällans koherens. Samtidigt.

Injektionslåsning är den frekvenseffekt som kan uppstå när en oscillator störs av en andra oscillator som arbetar på en närliggande frekvens. När frekvenserna är tillräckligt nära varandra och kopplingen är stark, kan den andra oscillatorn fånga upp den första, vilket gör att den har i huvudsak samma frekvens som den andra oscillatorn.

Denna teknik tillämpas främst på kontinuerliga vågor (CW) med en frekvens när hög effekt krävs, kombinera med en mycket lågintensivt brus och fasbrus.

Den förlitar sig på kiselfotonik för att omforma och rensa upp laserns utgång, vilket genererar en stabilare och renare stråle, som kallas hög koherens. När ljuset har renats tar chipets ickelinjära optiska egenskaper över och delar upp den enda kraftfulla strålen i dussintals färger som... är jämnt fördelade, vilket är den viktigaste egenskapen hos en frekvenskam.

Den resulterande kompakta, högeffektiva ljuskällan kombinerar en industriell lasers råa kraft med den stabilitet och precision som krävs för avancerad kommunikation och avkänning.

Källan med låg koherens integrerades med hög uteffekt och kiselnitridringresonatorer. Resonatorerna är designade med normal grupphastighetsdispersion, vilket innebär att hastigheten minskar när den optiska frekvensen ökar. Detta inträffar när längre ljusvåglängder färdas snabbare än kortare våglängder i ett medium, vilket gör att optiska pulser sprider sig ut över tid.

Mikrokammarna som teamet skapade uppnådde en total effekt på chipet på upp till 158 mW. Kamlinjerna hade däremot en inneboende linjebredd på 200 kHz. Forskarna också visade mer än dubbelt så många kamlinjer överträffar 100 μW och en storleksordning högre effektnivåer på chipet än tidigare rapporterade resultat.

Forskarna sa:

"Vår nya elektriskt pumpade mikrokamkälla har den storlek, effekt och linjebredd som krävs för datakommunikation, och skulle kunna ha en stark inverkan på andra områden som högpresterande datoranvändning och allestädes närvarande enheter för spektralavkänning och tidshanteringstillämpningar." 

Genombrottet kommer vid en tidpunkt då AI-boomen orsakar en explosionsartad ökning av efterfrågan på datacenterkapacitet. Detta orsakar en belastning på deras infrastruktur och kämpar med att flytta information i hög hastighet. Som ett resultat bygger företag AI-specialiserad infrastruktur för att hantera de massiva beräkningskraven för utbildning och körning av stora AI-modeller. 

Redan fiber optiska länkar är utnyttjas av avancerade datacenter för att transportera data, men även de är beroende av lasrar med en våglängd.

Genom att ha dussintals strålar rinnande parallellt genom det samma en enda fiber, istället för en stråle som bara bär en dataström, kan frekvenskammar dramatiskt förbättra datacenters kapacitet.

Samma princip låg bakom WDM, eller våglängdsmultiplexering, en fiberoptisk teknik som skickar flera dataströmmar samtidigt över en enda optisk fiber genom att tilldela varje ström en unik ljusvåglängd, vilket avsevärt ökar datakapaciteten och möjliggör högre bandbredd. WDM hjälpte internet att bli ett globalt höghastighetsnätverk i slutet av 1990-talet.

Nu tillverkar Lipsons team högpresterande kammar med flera våglängder som är så små att de kan passa direkt på ett chip. Denna prestation kommer att göra det möjligt att introducera denna förmåga in i de delar av moderna datorsystem som är kompakta och dyra.

På så sätt kan chippen förändra hur datacenter fungerar genom att effektivisera hur information överförs och bearbetas., påverkande designen av nästa generations datacenter och många andra enheter som är beroende av effektiv optisk kommunikation. Samma chips skulle också kunna möjliggöra avancerade LiDAR-system, kompakta kvantenheter, extremt exakta optiska klockor och bärbara spektrometrar.

"Det här handlar om att föra in ljuskällor av laboratoriekvalitet i verkliga apparater. Om man kan göra dem kraftfulla, effektiva och tillräckligt små kan man placera dem nästan var som helst."

- Gil-Molina

Svep för att skrolla →

Investera i laserteknik

En global ledare inom fotonik och laserteknik, Coherent Corp. (COHR ) producerar halvledarlaserdioder och högpresterande optiska komponenter.

Med sin kärnverksamhet som kretsar kring att utveckla och tillverka fotonikbaserade lösningar, vilka är avgörande i dagens tidsålder av avancerad databehandling och dataöverföring, har Coherent etablerat sig som en dominerande kraft inom den optiska kommunikationsindustrin och har en stark marknadsandel. 

Dess segment inkluderar Networking, som utnyttjar sin sammansatta halvledarteknik för att leverera komponenter och delsystem. Materials inkluderar optoelektroniska enheter som de som är baserade på kiselkarbid (SiC), galliumantimonid (GaSb), galliumarsenid (GaAs), indiumfosfid (InP), zinkselenid (ZnSe) och zinksulfid (ZnS). Lasersegmentet betjänar industrikunder inom halvledare, precisionstillverkning samt flyg- och försvarsindustrin, och andra genom sina lasrar och optiska produkter.

Coherent Corp. (COHR )

Med sitt breda utbud av innovativa fotonikbaserade produkter kan Coherent erbjuda skräddarsydda och heltäckande lösningar till sina kunder samt tillgodose AI-infrastrukturens skalbarhetsbehov.

Dess strategiska fokus på AI-marknaden positionerar Coherent som en potentiell stor mottagare av den pågående AI-tillväxten. Detta är ett tillägg till den ökande efterfrågan på högpresterande optiska komponenter. Men samtidigt står företaget inför utmaningar från ökad konkurrens inom både AI- och optisk kommunikation.

När det gäller att Coherents marknadsutveckling, den upplever en positiv period, mycket liknande den breda aktiemarknaden. COHR-aktierna är upp 29.16 % hittills i år och handlas för närvarande till 123.70 dollar i skrivande stund – en ny rekordnivå (ATH) som placerar företagets börsvärde på 19.20 miljarder dollar.

I april hade COHR-aktierna fallit till 50 dollar då aktiemarknaden genomgick en korrigering., och sedan då har Coherents aktier stigit med cirka 146 %. Och för bara två år sedan handlades COHR under 30 dollar, vilket representerar en stark återhämtning.

Med det levererar företaget en vinst per aktie (TTM) på -0.62 och ett P/E (TTM) på -198.72.

När det gäller Coherents finansiella ställning rapporterade företaget en rekordintäkt på 1.53 miljarder dollar för fjärde kvartalet som slutade den 30 juni 2025. Bruttomarginalen enligt GAAP under perioden var 35.7 % och nettoförlusten enligt GAAP var 0.83 dollar per utspädd aktie, medan bruttomarginalen, på icke-GAAP-basis, var 38.1 % och nettoresultatet per utspädd aktie var 1.00 dollar.

För hela räkenskapsåret 2025 var dess intäkter också rekordhöga 5.81 miljarder dollar. Bruttomarginalen enligt GAAP var 35.2 % och nettoförlusten enligt GAAP var 0.52 dollar per utspädd aktie, medan bruttomarginalen enligt icke-GAAP var 37.9 % och nettoresultatet per utspädd aktie var 3.53 dollar.

Enligt VD Jim Anderson:

”Vi levererade ett starkt räkenskapsår 2025 med en intäktstillväxt på 23 % och en icke-GAAP-vinstökning på 191 %. Vi tror att vi är väl positionerade för att fortsätta driva stark intäkts- och vinsttillväxt på lång sikt, givet vår exponering mot viktiga tillväxtfaktorer som AI-datacenter.”

Under detta kvartal påbörjade företaget leveranser av sina 1.6T-sändtagare, vilket möjliggör högpresterande AI-datacenterapplikationer. Ett nytt diamantkompositmaterial i SiC introducerades också för avancerad kylning av dessa datacenter.

Dessutom såg Coherent sina första intäkter från Optical Circuit Switch (OCS) och introducerade excimerlaserplattformen som har varit uppdaterad för högtemperaturproduktion av supraledarband för framväxande energi tech, som fusion. 

Under de senaste veckorna har Coherent släppt flera nya produkter, inklusive en hel serie fyrkanaliga integrerade kretsar som möjliggör effektivare och snabbare optiska sändtagare för AI och moln, branschens första QSFP28 Dual Laser 100G ZR-lösning för att maximera kapaciteten på befintlig fiberinfrastruktur, och högpresterande 400 mW kontinuerliga våglasrar för att möta de krävande kraven från sampaketerade optik- och kiselfotonikapplikationer.

Nyligen demonstrerade Coherent sina nästa generations 2D VCSEL- och fotodiodmatriser (PD) för att möta de ökande kraven på datatrafik i moderna datacenter.

För ett par veckor sedan ingick Coherent tillägg, vilka inkluderar refinansiering av befintliga revolverande kreditåtaganden och en ökning av den totala kreditfaciliteten till 700 miljoner dollar., till sitt kreditavtal med JPMorgan Chase Bank (JPM ) och andra långivare, förbättrar företagets likviditet och finansiella flexibilitet för att stödja verksamhet och tillväxt.

Slutsats

Columbia University har gjord en ingenjör uppnåendet, visar hur oväntade ögonblick inom vetenskapen kan leda till ännu större och bättre upptäckter med kapacitet att omdefiniera hela fält. Genom att omvandla en enda rörig ljusstråle till dussintals kraftfulla, stabila ljuskanaler, tTeamet har lagt grunden för nästa generations optiska system.

Från revolutionerar LiDAR och krymper kvantkomponenter För att öka kapaciteten hos AI-drivna datacenter representerar denna teknik ett stort steg inom fotonikintegration. Och i takt med att världen går mot snabbare, mer energieffektiva kommunikationssystem, kompakta ffrekvenskamchips skulle kunna utgöra grunden för framtida datorinfrastruktur.

Klicka här för att lära dig allt om att investera i artificiell intelligens.

Referensprojekt

1. Gil-Molina, A., Antman, Y., Westreich, O., et al. (2025). Högpresterande elektriskt pumpade mikrokakor. Nature Photonics, 19(10), 873–879. Publicerad 7 oktober 2025. https://doi.org/10.1038/s41566-025-01769-z