Computing
Mga Frequency Comb sa Sukat ng Chip Nagpapalakas sa Hinaharap ng Data
Idagdag ang Securities.io sa mga gusto mong mapagkunan sa Google
Ang mga mananaliksik mula sa Columbia Engineering ay lumikha ng isang bagong chip na maaaring gawing isang “frequency comb” ang laser, na lumilikha ng maraming makapangyarihang kanal ng liwanag nang sabay-sabay.
Sa pamamagitan ng paggamit ng isang espesyal na mekanismo ng pag-lock, nilinis ng mga mananaliksik ang magulo na liwanag ng laser at nakamit ang katumpakan na katulad ng sa laboratoryo sa isang maliit na silicon device. Ang tagumpaling ito ay maaaring lubos na mapabuti ang kahusayan ng mga data center at magpasigla ng mga inobasyon sa LiDAR, sensing, at quantum tech.
Ang Microcombs Pinapaliit ang Precision na Katulad ng sa Laboratoryo sa Chip
Ang mga mananaliksik ay lumikha ng mataas na kapangyarihang microcomb device upang mapabuti ang teknolohiyang LiDAR (Light Detection and Ranging).
LiDAR ay isang remote sensing na teknolohiya na gumagamit ng pulsed laser light upang kalkulahin ang mga distansya at lumikha ng mataas na resolusyong 3D na modelo ng kapaligiran. Ito ay gumagana katulad ng radar, ngunit gumagamit ng liwanag sa halip na tunog.
Ang sistema ay naglalabas ng mga pulse ng laser at sinusukat ang oras ng kanilang pagbabalik upang masukat ang eksaktong distansya sa mga bagay at subaybayan ang galaw nang real time.
Binubuo ng isang laser, isang scanner, at isang espesyal na GPS receiver, ang isang LiDAR instrument ay lumilikha ng detalyadong ‘point cloud’ ng data, na pagkatapos ay ginagamit upang lumikha ng 3D na mapa para sa mga aplikasyon tulad ng autonomous driving, environmental monitoring, surveying, at arkeolohiya.
Ang teknolohiya ay naimbento pa noong 1960s, unang ginamit sa meteorolohiya, ocean sensing, at topographic mapping, bago ito inangkop sa kalawakan ng NASA. Noong 2010s, nagsimulang gamitin ng mga komersyal na sasakyan ang LiDAR, at mula noon, ang automotive LiDAR ay naging napakapopular sa mga high-end na electric cars.
Dahil sa patuloy na paglawak ng aplikasyon ng LiDAR, patuloy na nagsusumikap ang mga mananaliksik na pagbutihin ang teknolohiya. Maraming kapana-panabik na inobasyon sa laser technologies ang isinama sa advanced optics, na nagbibigay-daan sa karagdagang miniaturization at may pangakong pangmatagalang kinabukasan para sa mga sistema ng LiDAR.
Ang pokus ng mga mananaliksik mula sa Columbia University School of Engineering and Applied Science ay humanap ng paraan upang mapalabas ang mas mataas na kapangyarihan at spectral purity mula sa compact na laser systems upang mapahintulutan ang chip-scale frequency comb generation para mapabuti ang komunikasyon, sensing, spectroscopy, LiDAR, at iba pang integrated photonic applications.
Kaya, lumikha sila ng microcomb, isang maliit na photonic device na gumagawa ng serye ng pantay-pantay na optical frequencies, katulad ng mga ngipin ng isang suklay, sa isang chip.
Ang mga integrated na miniature frequency combs ay may potensyal na bawasan ang laki ng mga komplikadong sistema na tradisyonal na kinakailangan para sa ganitong mga aplikasyon. Kaya, ang mga integrated microcombs ay may pangako para sa maraming aplikasyon na nangangailangan ng mataas na output power, maliit na footprint, at mataas na kahusayan, tulad ng spectroscopy, sensing, at data communications.
Kamakailan, ipinakita ng mga mananaliksik ang electrically pumped microcombs sa pamamagitan ng pagsasama ng gain chips (semiconductor optical elements) sa mga nangungunang resonators. Ngunit ang kabuuang optical power ay mas mababa pa kaysa sa kinakailangan ng praktikal na solusyon.
Ang limitasyong ito ay naaddress ng mga mananaliksik mula sa Columbia na nagpakita ng mataas na kapangyarihang electrically pumped Kerr-frequency microcombs.
From ‘Messy’ Diodes to Clean Microcombs
Kagiliw-giliw, ito ay isang aksidenteng pagtuklas. Ilang taon na ang nakalipas, ang mga mananaliksik sa laboratoryo ng co-author na si Michal Lipson, isang Eugene Higgins Professor of Electrical Engineering and professor of applied physics, ay nagtatrabaho sa isang proyekto upang mapahusay ang kakayahan ng LiDAR nang napansin nila ang isang kamangha-manghang bagay.
Naglalarawan sila ng mga high-power chip na maaaring lumikha ng mas maliwanag na mga sinag ng liwanag, at “habang pinapadala namin nang mas marami at mas maraming kapangyarihan sa chip, napansin naming nililikha nito ang tinatawag naming frequency comb,” sabi ni Andres Gil-Molina, dating postdoc researcher sa lab ni Lipson at kasalukuyang principal engineer sa Xscape Photonics.
Ang frequency comb ay isang spectrum na binubuo ng discrete at regular na nakalinya na spectral lines. Ibig sabihin, ang espesyal na uri ng liwanag na ito ay naglalaman ng iba’t ibang kulay na nakahanay nang maayos, tulad ng nakikita sa bahaghari.
Dito, dose-dosenang frequency ng liwanag ang nagniningning. Ngunit ang mga puwang sa pagitan ng mga kulay o frequency na ito ay nananatiling madilim. Kaya, kapag tinitingnan ang mga maliwanag na frequency na ito sa isang spectrogram, mukhang mga tuldok o mga ngipin ng suklay, kaya ang tawag na frequency comb.
Dahil ang iba’t ibang kulay ng liwanag ay hindi nag-iinterfere sa isa’t isa, bawat ngipin ay kumikilos bilang sariling channel, na nag-aalok ng kamangha-manghang pagkakataon upang magpadala ng maraming stream ng data nang sabay-sabay.
Bagaman lubos na kapaki-pakinabang, ang paglikha ng isang makapangyarihang frequency comb ay nangangailangan ng malalaking at mamahaling laser at amplifiers.
Nailathala sa Nature Photonics1, detalyado ng papel kung paano ang parehong bagay ay maaaring gawin sa isang solong chip.
“Ang teknolohiyang aming binuo ay kumukuha ng napakalakas na laser at ginagawang dose-dosenang malinis, mataas na kapangyarihang mga channel sa isang chip. Ibig sabihin, maaari mong palitan ang mga rack ng indibidwal na laser ng isang compact na device, nagbabawas ng gastos, nag-iipon ng espasyo, at nagbubukas ng pinto sa mas mabilis, mas energy-efficient na mga sistema.”
– Gil-Molina
Hindi lamang matutugunan ng pananaliksik na ito ang napakalaking pangangailangan ng mga data center para sa makapangyarihan at epektibong mga pinagmumulan ng liwanag na may maraming wavelength, kundi ito rin ay isang mahalagang hakbang sa misyon ng koponan na itaguyod ang silicon photonics.
Kilala sa pagpapahintulot ng mas mabilis na data transfer habang kumukonsumo ng mas kaunting enerhiya at naglalabas ng mas kaunting init kaysa sa tradisyunal na na electronic circuits, ang silicon photonics ay nakahanap ng aplikasyon sa high-speed data centers, AI, LiDAR, quantum technologies, IoT, at 5G.
Ang silicon photonics ay nag-iintegrate ng mga light-based components sa isang silicon chip gamit ang standard CMOS manufacturing processes upang lumikha ng photonic integrated circuits (PICs). Gumagamit ito ng silicon-on-insulator (SOI) wafers bilang semiconductor platform upang bumuo ng waveguides at iba pang komponent na naggagabay ng liwanag para sa mas mabilis, mas energy-efficient na komunikasyon at mas maliit, mas cost-effective na mga device.
“Habang ang teknolohiyang ito ay nagiging mas sentral sa kritikal na imprastruktura at sa ating pang-araw-araw na buhay, ang ganitong uri ng pag-unlad ay mahalaga upang matiyak na ang mga data center ay kasing epektibo hangga’t maaari.”
– Lipson
How Self-Injection Locking Cleans and Multiplies Light
Ano ang pinakamakapangyarihang laser na maaaring ilagay sa isang chip? Ang tanong na ito ang nagdala sa mga mananaliksik sa kanilang breakthrough.
Pinili ng Columbia team ang isang multimode laser diode. Ang isang laser diode (LD) ay isang semiconductor device na gumagawa ng single-color na liwanag sa isang tiyak na wavelength. Ang mga multimode laser diode, o Broad Area Lasers (BALs), ay nagbibigay ng mas mataas na output power at angkop kapag kinakailangan ang mataas na optical power at hindi gaanong kritikal ang kalidad ng beam.
Ang mga device na ito ay gumagawa ng mas malawak na beam, na nagpapababa ng kalidad ng beam ngunit nagpapataas ng power density. Ang mga multimode laser diode ay malawakang ginagamit sa mga aplikasyon tulad ng medical devices, printing at imaging, at laser cutting tools.
Habang lumilikha ng napakalaking dami ng liwanag, ang beam ng mga laser na ito ay “magulo,” na nagpapahirap na magamit ito para sa mga precise na aplikasyon.
Ang pag-integrate ng isang multimode laser diode sa isang silicon photonics chip, kung saan ang mga landas ng liwanag ay kasing lapad lamang ng ilang micrometres (μm) o kahit daan-daang nanometers (nm), gayunpaman, ay nangangailangan ng maingat na engineering.
Upang linisin ang makapangyarihang ngunit napaka-noisy na pinagmumulan ng liwanag, gumamit ang koponan ng isang locking mechanism.
Ang self-injection locking ay ginamit sa nonlinear regime upang lumikha ng mataas na on-chip power combs at linisin ang coherence ng pump source kasabay nito.
Ang injection locking ay ang frequency effect na maaaring mangyari kapag ang isang oscillator ay naaabala ng ikalawang oscillator na gumagana sa kalapit na frequency. Kapag ang mga frequency ay sapat na magkalapit at malakas ang coupling, maaaring hulihin ng ikalawang oscillator ang una, na nagiging halos pareho ang frequency nito sa ikalawa.
Ang teknik na ito ay pangunahing inilalapat sa continuous-wave (CW) single-frequency laser sources kapag kinakailangan ang mataas na power output, kasama ang napakababang intensity noise at phase noise.
Umaasa ito sa silicon photonics upang i-reshape at linisin ang output ng laser, na nagbubuo ng mas matatag at mas malinis na beam, na tinatawag na mataas na coherence. Kapag nalinis na ang liwanag, ang nonlinear optical properties ng chip ay kumukuha ng kontrol, hinahati ang iisang makapangyarihang beam sa dose-dosenang kulay na ay pantay-pantay ang pagkakabukod, na siyang pangunahing katangian ng isang frequency comb.
Ang nagresultang compact, mataas na kahusayan na pinagmumulan ng liwanag ay pinagsasama ang raw power ng isang industrial laser sa katatagan at precision na kinakailangan para sa advanced communications at sensing.
Ang low-coherence source ay integrated kasama ang mataas na output power at silicon nitride ring resonators. Ang mga resonator ay dinisenyo na may normal group velocity dispersion, na nangangahulugang bumababa ang bilis habang tumataas ang optical frequency. Ito ay nangyayari kapag ang mas mahabang wavelength ng liwanag ay naglalakbay nang mas mabilis kaysa sa mas maikling wavelength sa isang medium, na nagdudulot ng pagkalat ng optical pulses sa paglipas ng panahon.
Ang mga microcomb na nilikha ng koponan ay nakamit ang kabuuang on-chip power na umabot hanggang 158 mW. Ang mga comb line, samantala, ay may intrinsic linewidth na 200 kHz. Ipinakita rin ng mga mananaliksik ang higit sa dalawang beses na dami ng mga comb line na lampas sa 100 μW at isang order-of-magnitude na mas mataas na on-chip power kumpara sa anumang naunang naiulat na resulta.
Researchers said:
“Ang aming bagong electrically pumped microcomb source ay may sukat, kapangyarihan, at linewidth na kinakailangan para sa data communications, at maaaring magkaroon ng malaking epekto sa iba pang larangan tulad ng high-performance computing at ubiquitous devices para sa spectral-sensing at time-keeping applications.”
Ang breakthrough ay dumarating sa panahon kung kailan ang AI boom ay nagdudulot ng eksplosibong pagtaas ng pangangailangan para sa kapasidad ng data center. Ito ay nagdudulot ng strain sa kanilang imprastruktura, na nahihirapang maglipat ng impormasyon nang mabilis. Bilang resulta, ang mga kumpanya ay nagtatayo ng AI-specialized na imprastruktura upang harapin ang napakalaking computational requirements para sa pagsasanay at pagpapatakbo ng malalaking AI models.
Sa kasalukuyan, ang fiber optic links ay ginagamit ng mga advanced na data center upang mag-transport ng data, ngunit kahit sila ay umaasa sa single-wavelength lasers.
Sa pagkakaroon ng dose-dosenang beams na tumatakbo nang sabay-sabay sa isang fiber, sa halip na isang beam na nagdadala lamang ng isang data stream, ang mga frequency comb ay maaaring lubos na mapahusay ang kakayahan ng mga data center.
Ang parehong prinsipyo ay nasa likod ng WDM, o wavelength-division multiplexing, isang fiber-optic na teknolohiya na nagpapadala ng maraming data stream nang sabay-sabay sa isang solong optical fiber sa pamamagitan ng pag-assign sa bawat stream ng natatanging wavelength ng liwanag, na malaki ang pagtaas ng data capacity at nagbibigay-daan sa mas mataas na bandwidth. Ang WDM ay tumulong sa internet na maging isang global high-speed network noong huling bahagi ng 1990s.
Ngayon, ang koponan ni Lipson ay gumagawa ng mataas na kapangyarihan, multi-wavelength combs na napakaliit na maaari nang ilagay direkta sa isang chip. Ang tagumpay na ito ay magpapahintulot na ipasok ang kakayahang ito sa mga bahagi ng modernong computing systems na compact at mahal.
Sa ganitong paraan, maaaring baguhin ng mga chip kung paano gumagana ang mga data center sa pamamagitan ng pagpapasimple ng paraan ng paglipat at pagproseso ng impormasyon, na nakakaapekto sa disenyo ng susunod na henerasyon ng mga data center at maraming iba pang device na umaasa sa epektibong optical communication. Ang mga chip na ito ay maaari ring magbigay-daan sa advanced LiDAR systems, compact quantum devices, napakapriskong optical clocks, at portable spectrometers.
“Ito ay tungkol sa pagdadala ng mga laboratory-grade na pinagmumulan ng liwanag sa mga real-world na device. Kung magagawa mo silang maging makapangyarihan, epektibo, at sapat na maliit, maaari mo silang ilagay halos kahit saan.”
– Gil-Molina
Swipe to scroll →
| Pinagmulan | Integrasyon | Kabuuang Lakas ng Comb sa Chip | Mga Linya >100 μW | Intrinsic Linewidth (bawat linya) | Pangunahing Teknik |
|---|---|---|---|---|---|
| Columbia Engineering (2025) | Multimode laser diode + SiN resonator (on-chip) | ~0.16 W (≈160 mW) | ≥25 | ~200 kHz | Self-injection locking in nonlinear regime |
| Prior integrated microcombs | Gain chip + high-Q resonator | Order of magnitude lower | Fewer lines above 100 μW | Varies (typically broader) | Various (often lower pump power) |
Investing in Laser Tech
Isang pandaigdigang lider sa photonics at laser technologies, Coherent Corp. (COHR ) ay gumagawa ng semiconductor laser diodes at high-performance optical components.
Sa core business nito na nakatuon sa pag-develop at paggawa ng photonics-based solutions, na kritikal sa makabagong computing at data transmission, ang Coherent ay nakapagpatatag ng sarili bilang isang dominanteng puwersa sa optical communications industry at may malakas na market share.
Ang mga segment nito ay kinabibilangan ng Networking, na gumagamit ng compound semiconductor technology upang maghatid ng mga komponent at subsystems, Materials na kinabibilangan ng optoelectronic devices tulad ng mga batay sa silicon carbide (SiC), gallium antimonide (GaSb), gallium arsenide (GaAs), indium phosphide (InP), zinc selenide (ZnSe), at zinc sulfide (ZnS), at ang Lasers segment na nagsisilbi sa mga industriyal na kustomer sa semiconductor, precision manufacturing, at aerospace & defense, at iba pa sa pamamagitan ng kanilang lasers at optics products.
Coherent Corp. (COHR )
Sa malawak nitong hanay ng mga innovative photonics-based products, kayang mag-alok ng Coherent ng customized at end-to-end solutions sa mga customer nito pati na rin tugunan ang scalability needs ng AI infrastructure.
Ang estratehikong pokus nito sa AI market ay nagpoposisyon sa Coherent bilang potensyal na pangunahing benepisyaryo ng patuloy na paglago ng AI. Ito ay karagdagan sa tumataas na pangangailangan para sa high-performance optical components. Ngunit kasabay nito, humaharap ang kumpanya sa hamon mula sa tumitinding kompetisyon sa parehong AI at optical communications sectors.
Pagdating sa performance ng merkado ng Coherent, ito ay nasa isang bullish na yugto, katulad ng pangkalahatang stock market. Tumaas ng 29.16% ngayong taon, ang COHR shares ay kasalukuyang nagte-trade sa $123.70, sa oras ng pagsulat – isang bagong all-time high (ATH) na naglalagay sa market capitalization ng kumpanya sa $19.20 bilyon.
COHR Tsart ng Presyo
Noong Abril, bumagsak ang COHR shares sa $50 habang nakaranas ng correction ang stock market, at mula noon, ang mga shares ng Coherent ay tumaas ng halos 146%. At dalawang taon na ang nakalipas, ang COHR ay nagte-trade sa ilalim ng $30, na nagpapakita ng matibay na recovery.
Sa kasalukuyan, ang kumpanya ay nagde-deliver ng EPS (TTM) na -0.62 at P/E (TTM) na -198.72.
Tungkol sa financial position ng Coherent, nag-ulat ito ng record revenue na $1.53 bilyon para sa ika-apat na quarter na nagtatapos noong Hunyo 30, 2025. Ang GAAP gross margin sa panahong iyon ay 35.7% at GAAP net loss ay $0.83 kada diluted share, habang sa non-GAAP basis, ang gross margin ay 38.1% at net income kada diluted share ay $1.00.
Para sa buong fiscal 2025, ang revenue nito ay umabot din sa record $5.81 bilyon. Ang GAAP gross margin ay 35.2% at GAAP net loss ay $0.52 kada diluted share, habang ang non-GAAP gross margin ay 37.9% at net income kada diluted share ay $3.53.
According to CEO Jim Anderson:
“Nakapag-deliver kami ng malakas na fiscal 2025 na may revenue growth na 23% at non-GAAP EPS expansion na 191%. Naniniwala kami na nasa magandang posisyon kami upang patuloy na maghatid ng malakas na revenue at profit growth sa pangmatagalan dahil sa aming exposure sa mga key growth drivers tulad ng AI datacenters.”
Sa quarter na ito, sinimulan ng kumpanya ang pagpapadala ng kanilang 1.6T transceiver products, na nagbibigay-daan sa high-performance AI datacenter applications. Isang bagong diamond SiC composite material din ang ipinakilala para sa advanced cooling ng mga datacenter na ito.
Bukod pa rito, nakita ng Coherent ang unang revenue mula sa Optical Circuit Switch (OCS) at ipinakilala ang excimer laser platform na na-update para sa high-temperature production ng superconductor tape para sa umuusbong na energy tech, tulad ng fusion.
Sa nakaraang ilang linggo, inilabas ng Coherent ang ilang bagong produkto, kabilang ang isang buong serye ng quad-channel ICs na nagpapahintulot ng mas epektibo at mas mabilis na optical transceivers para sa AI at cloud, ang unang QSFP28 Dual Laser 100G ZR solution sa industriya upang mapalaki ang kapasidad sa umiiral na fiber infrastructure, at high-power 400 mW continuous-wave lasers upang matugunan ang mapanghamong pangangailangan ng co-packaged optics at silicon photonics applications.
Kamakailan, ipinakita ng Coherent ang kanilang next-generation 2D VCSEL at photodiode (PD) arrays upang tugunan ang tumataas na data traffic demands sa modernong datacenters.
Ilang linggo na ang nakalipas, pumasok ang Coherent sa mga amendment, na kinabibilangan ng refinancing ng umiiral na revolving credit commitments at pagtaas ng kabuuang pasilidad sa $700 milyon, sa kanilang Credit Agreement sa JPMorgan Chase Bank (JPM ) at iba pang lenders, na nagpapabuti sa liquidity at financial flexibility ng kumpanya upang suportahan ang operasyon at paglago.
Conclusion
Ang Columbia University ay nakagawa ng isang engineering achievement, na nagpapakita kung paano ang mga hindi inaasahang sandali sa agham ay maaaring magdala sa mas malaki at mas magagandang na discoveries na may kakayahang baguhin ang buong larangan. Sa pamamagitan ng pag-transform ng isang magulong beam sa dose-dosenang makapangyarihang, stable na mga channel ng liwanag, ang koponan ay naglatag ng pundasyon para sa susunod na henerasyon ng optical systems.
Mula sa rebolusyon ng LiDAR at pag-compact ng quantum devices hanggang sa pagpapalakas ng kapasidad ng AI-driven data centers, ang teknolohiyang ito ay kumakatawan sa isang malaking hakbang sa photonics integration. At habang ang mundo ay patungo sa mas mabilis, mas energy-efficient na communication systems, ang compact na frequency comb chips ay maaaring maging batayan ng hinaharap na computing infrastructure.
I-click dito upang matutunan ang lahat tungkol sa pag-invest sa artificial intelligence.
References
- Gil-Molina, A., Antman, Y., Westreich, O., et al. (2025). High-power electrically pumped microcombs. Nature Photonics, 19(10), 873–879. Na-publish 7 Oktubre 2025. https://doi.org/10.1038/s41566-025-01769-z
Ang mga mananaliksik mula sa Columbia Engineering ay lumikha ng isang bagong chip na maaaring gawing isang “frequency comb” ang laser, na lumilikha ng maraming makapangyarihang kanal ng liwanag nang sabay-sabay.
Sa pamamagitan ng paggamit ng isang espesyal na mekanismo ng pag-lock, nilinis ng mga mananaliksik ang magulo na liwanag ng laser at nakamit ang katumpakan na katulad ng sa laboratoryo sa isang maliit na silicon device. Ang tagumpaling ito ay maaaring lubos na mapabuti ang kahusayan ng mga data center at magpasigla ng mga inobasyon sa LiDAR, sensing, at quantum tech.
Ang Microcombs Pinapaliit ang Precision na Katulad ng sa Laboratoryo sa Chip
Ang mga mananaliksik ay lumikha ng mataas na kapangyarihang microcomb device upang mapabuti ang teknolohiyang LiDAR (Light Detection and Ranging).
LiDAR ay isang remote sensing na teknolohiya na gumagamit ng pulsed laser light upang kalkulahin ang mga distansya at lumikha ng mataas na resolusyong 3D na modelo ng kapaligiran. Ito ay gumagana katulad ng radar, ngunit gumagamit ng liwanag sa halip na tunog.
Ang sistema ay naglalabas ng mga pulse ng laser at sinusukat ang oras ng kanilang pagbabalik upang masukat ang eksaktong distansya sa mga bagay at subaybayan ang galaw nang real time.
Binubuo ng isang laser, isang scanner, at isang espesyal na GPS receiver, ang isang LiDAR instrument ay lumilikha ng detalyadong ‘point cloud’ ng data, na pagkatapos ay ginagamit upang lumikha ng 3D na mapa para sa mga aplikasyon tulad ng autonomous driving, environmental monitoring, surveying, at arkeolohiya.
Ang teknolohiya ay naimbento pa noong 1960s, unang ginamit sa meteorolohiya, ocean sensing, at topographic mapping, bago ito inangkop sa kalawakan ng NASA. Noong 2010s, nagsimulang gamitin ng mga komersyal na sasakyan ang LiDAR, at mula noon, ang automotive LiDAR ay naging napakapopular sa mga high-end na electric cars.
Dahil sa patuloy na paglawak ng aplikasyon ng LiDAR, patuloy na nagsusumikap ang mga mananaliksik na pagbutihin ang teknolohiya. Maraming kapana-panabik na inobasyon sa laser technologies ang isinama sa advanced optics, na nagbibigay-daan sa karagdagang miniaturization at may pangakong pangmatagalang kinabukasan para sa mga sistema ng LiDAR.
Ang pokus ng mga mananaliksik mula sa Columbia University School of Engineering and Applied Science ay humanap ng paraan upang mapalabas ang mas mataas na kapangyarihan at spectral purity mula sa compact na laser systems upang mapahintulutan ang chip-scale frequency comb generation para mapabuti ang komunikasyon, sensing, spectroscopy, LiDAR, at iba pang integrated photonic applications.
Kaya, lumikha sila ng microcomb, isang maliit na photonic device na gumagawa ng serye ng pantay-pantay na optical frequencies, katulad ng mga ngipin ng isang suklay, sa isang chip.
Ang mga integrated na miniature frequency combs ay may potensyal na bawasan ang laki ng mga komplikadong sistema na tradisyonal na kinakailangan para sa ganitong mga aplikasyon. Kaya, ang mga integrated microcombs ay may pangako para sa maraming aplikasyon na nangangailangan ng mataas na output power, maliit na footprint, at mataas na kahusayan, tulad ng spectroscopy, sensing, at data communications.
Kamakailan, ipinakita ng mga mananaliksik ang electrically pumped microcombs sa pamamagitan ng pagsasama ng gain chips (semiconductor optical elements) sa mga nangungunang resonators. Ngunit ang kabuuang optical power ay mas mababa pa kaysa sa kinakailangan ng praktikal na solusyon.
Ang limitasyong ito ay naaddress ng mga mananaliksik mula sa Columbia na nagpakita ng mataas na kapangyarihang electrically pumped Kerr-frequency microcombs.
From ‘Messy’ Diodes to Clean Microcombs
Kagiliw-giliw, ito ay isang aksidenteng pagtuklas. Ilang taon na ang nakalipas, ang mga mananaliksik sa laboratoryo ng co-author na si Michal Lipson, isang Eugene Higgins Professor of Electrical Engineering and professor of applied physics, ay nagtatrabaho sa isang proyekto upang mapahusay ang kakayahan ng LiDAR nang napansin nila ang isang kamangha-manghang bagay.
Naglalarawan sila ng mga high-power chip na maaaring lumikha ng mas maliwanag na mga sinag ng liwanag, at “habang pinapadala namin nang mas marami at mas maraming kapangyarihan sa chip, napansin naming nililikha nito ang tinatawag naming frequency comb,” sabi ni Andres Gil-Molina, dating postdoc researcher sa lab ni Lipson at kasalukuyang principal engineer sa Xscape Photonics.
Ang frequency comb ay isang spectrum na binubuo ng discrete at regular na nakalinya na spectral lines. Ibig sabihin, ang espesyal na uri ng liwanag na ito ay naglalaman ng iba’t ibang kulay na nakahanay nang maayos, tulad ng nakikita sa bahaghari.
Dito, dose-dosenang frequency ng liwanag ang nagniningning. Ngunit ang mga puwang sa pagitan ng mga kulay o frequency na ito ay nananatiling madilim. Kaya, kapag tinitingnan ang mga maliwanag na frequency na ito sa isang spectrogram, mukhang mga tuldok o mga ngipin ng suklay, kaya ang tawag na frequency comb.
Dahil ang iba’t ibang kulay ng liwanag ay hindi nag-iinterfere sa isa’t isa, bawat ngipin ay kumikilos bilang sariling channel, na nag-aalok ng kamangha-manghang pagkakataon upang magpadala ng maraming stream ng data nang sabay-sabay.
Bagaman lubos na kapaki-pakinabang, ang paglikha ng isang makapangyarihang frequency comb ay nangangailangan ng malalaking at mamahaling laser at amplifiers.
Nailathala sa Nature Photonics1, detalyado ng papel kung paano ang parehong bagay ay maaaring gawin sa isang solong chip.
“Ang teknolohiyang aming binuo ay kumukuha ng napakalakas na laser at ginagawang dose-dosenang malinis, mataas na kapangyarihang mga channel sa isang chip. Ibig sabihin, maaari mong palitan ang mga rack ng indibidwal na laser ng isang compact na device, nagbabawas ng gastos, nag-iipon ng espasyo, at nagbubukas ng pinto sa mas mabilis, mas energy-efficient na mga sistema.”
– Gil-Molina
Hindi lamang matutugunan ng pananaliksik na ito ang napakalaking pangangailangan ng mga data center para sa makapangyarihan at epektibong mga pinagmumulan ng liwanag na may maraming wavelength, kundi ito rin ay isang mahalagang hakbang sa misyon ng koponan na itaguyod ang silicon photonics.
Kilala sa pagpapahintulot ng mas mabilis na data transfer habang kumukonsumo ng mas kaunting enerhiya at naglalabas ng mas kaunting init kaysa sa tradisyunal na na electronic circuits, ang silicon photonics ay nakahanap ng aplikasyon sa high-speed data centers, AI, LiDAR, quantum technologies, IoT, at 5G.
Ang silicon photonics ay nag-iintegrate ng mga light-based components sa isang silicon chip gamit ang standard CMOS manufacturing processes upang lumikha ng photonic integrated circuits (PICs). Gumagamit ito ng silicon-on-insulator (SOI) wafers bilang semiconductor platform upang bumuo ng waveguides at iba pang komponent na naggagabay ng liwanag para sa mas mabilis, mas energy-efficient na komunikasyon at mas maliit, mas cost-effective na mga device.
“Habang ang teknolohiyang ito ay nagiging mas sentral sa kritikal na imprastruktura at sa ating pang-araw-araw na buhay, ang ganitong uri ng pag-unlad ay mahalaga upang matiyak na ang mga data center ay kasing epektibo hangga’t maaari.”
– Lipson
How Self-Injection Locking Cleans and Multiplies Light
Ano ang pinakamakapangyarihang laser na maaaring ilagay sa isang chip? Ang tanong na ito ang nagdala sa mga mananaliksik sa kanilang breakthrough.
Pinili ng Columbia team ang isang multimode laser diode. Ang isang laser diode (LD) ay isang semiconductor device na gumagawa ng single-color na liwanag sa isang tiyak na wavelength. Ang mga multimode laser diode, o Broad Area Lasers (BALs), ay nagbibigay ng mas mataas na output power at angkop kapag kinakailangan ang mataas na optical power at hindi gaanong kritikal ang kalidad ng beam.
Ang mga device na ito ay gumagawa ng mas malawak na beam, na nagpapababa ng kalidad ng beam ngunit nagpapataas ng power density. Ang mga multimode laser diode ay malawakang ginagamit sa mga aplikasyon tulad ng medical devices, printing at imaging, at laser cutting tools.
Habang lumilikha ng napakalaking dami ng liwanag, ang beam ng mga laser na ito ay “magulo,” na nagpapahirap na magamit ito para sa mga precise na aplikasyon.
Ang pag-integrate ng isang multimode laser diode sa isang silicon photonics chip, kung saan ang mga landas ng liwanag ay kasing lapad lamang ng ilang micrometres (μm) o kahit daan-daang nanometers (nm), gayunpaman, ay nangangailangan ng maingat na engineering.
Upang linisin ang makapangyarihang ngunit napaka-noisy na pinagmumulan ng liwanag, gumamit ang koponan ng isang locking mechanism.
Ang self-injection locking ay ginamit sa nonlinear regime upang lumikha ng mataas na on-chip power combs at linisin ang coherence ng pump source kasabay nito.
Ang injection locking ay ang frequency effect na maaaring mangyari kapag ang isang oscillator ay naaabala ng ikalawang oscillator na gumagana sa kalapit na frequency. Kapag ang mga frequency ay sapat na magkalapit at malakas ang coupling, maaaring hulihin ng ikalawang oscillator ang una, na nagiging halos pareho ang frequency nito sa ikalawa.
Ang teknik na ito ay pangunahing inilalapat sa continuous-wave (CW) single-frequency laser sources kapag kinakailangan ang mataas na power output, kasama ang napakababang intensity noise at phase noise.
Umaasa ito sa silicon photonics upang i-reshape at linisin ang output ng laser, na nagbubuo ng mas matatag at mas malinis na beam, na tinatawag na mataas na coherence. Kapag nalinis na ang liwanag, ang nonlinear optical properties ng chip ay kumukuha ng kontrol, hinahati ang iisang makapangyarihang beam sa dose-dosenang kulay na ay pantay-pantay ang pagkakabukod, na siyang pangunahing katangian ng isang frequency comb.
Ang nagresultang compact, mataas na kahusayan na pinagmumulan ng liwanag ay pinagsasama ang raw power ng isang industrial laser sa katatagan at precision na kinakailangan para sa advanced communications at sensing.
Ang low-coherence source ay integrated kasama ang mataas na output power at silicon nitride ring resonators. Ang mga resonator ay dinisenyo na may normal group velocity dispersion, na nangangahulugang bumababa ang bilis habang tumataas ang optical frequency. Ito ay nangyayari kapag ang mas mahabang wavelength ng liwanag ay naglalakbay nang mas mabilis kaysa sa mas maikling wavelength sa isang medium, na nagdudulot ng pagkalat ng optical pulses sa paglipas ng panahon.
Ang mga microcomb na nilikha ng koponan ay nakamit ang kabuuang on-chip power na umabot hanggang 158 mW. Ang mga comb line, samantala, ay may intrinsic linewidth na 200 kHz. Ipinakita rin ng mga mananaliksik ang higit sa dalawang beses na dami ng mga comb line na lampas sa 100 μW at isang order-of-magnitude na mas mataas na on-chip power kumpara sa anumang naunang naiulat na resulta.
Researchers said:
“Ang aming bagong electrically pumped microcomb source ay may sukat, kapangyarihan, at linewidth na kinakailangan para sa data communications, at maaaring magkaroon ng malaking epekto sa iba pang larangan tulad ng high-performance computing at ubiquitous devices para sa spectral-sensing at time-keeping applications.”
Ang breakthrough ay dumarating sa panahon kung kailan ang AI boom ay nagdudulot ng eksplosibong pagtaas ng pangangailangan para sa kapasidad ng data center. Ito ay nagdudulot ng strain sa kanilang imprastruktura, na nahihirapang maglipat ng impormasyon nang mabilis. Bilang resulta, ang mga kumpanya ay nagtatayo ng AI-specialized na imprastruktura upang harapin ang napakalaking computational requirements para sa pagsasanay at pagpapatakbo ng malalaking AI models.
Sa kasalukuyan, ang fiber optic links ay ginagamit ng mga advanced na data center upang mag-transport ng data, ngunit kahit sila ay umaasa sa single-wavelength lasers.
Sa pagkakaroon ng dose-dosenang beams na tumatakbo nang sabay-sabay sa isang fiber, sa halip na isang beam na nagdadala lamang ng isang data stream, ang mga frequency comb ay maaaring lubos na mapahusay ang kakayahan ng mga data center.
Ang parehong prinsipyo ay nasa likod ng WDM, o wavelength-division multiplexing, isang fiber-optic na teknolohiya na nagpapadala ng maraming data stream nang sabay-sabay sa isang solong optical fiber sa pamamagitan ng pag-assign sa bawat stream ng natatanging wavelength ng liwanag, na malaki ang pagtaas ng data capacity at nagbibigay-daan sa mas mataas na bandwidth. Ang WDM ay tumulong sa internet na maging isang global high-speed network noong huling bahagi ng 1990s.
Ngayon, ang koponan ni Lipson ay gumagawa ng mataas na kapangyarihan, multi-wavelength combs na napakaliit na maaari nang ilagay direkta sa isang chip. Ang tagumpay na ito ay magpapahintulot na ipasok ang kakayahang ito sa mga bahagi ng modernong computing systems na compact at mahal.
Sa ganitong paraan, maaaring baguhin ng mga chip kung paano gumagana ang mga data center sa pamamagitan ng pagpapasimple ng paraan ng paglipat at pagproseso ng impormasyon, na nakakaapekto sa disenyo ng susunod na henerasyon ng mga data center at maraming iba pang device na umaasa sa epektibong optical communication. Ang mga chip na ito ay maaari ring magbigay-daan sa advanced LiDAR systems, compact quantum devices, napakapriskong optical clocks, at portable spectrometers.
“Ito ay tungkol sa pagdadala ng mga laboratory-grade na pinagmumulan ng liwanag sa mga real-world na device. Kung magagawa mo silang maging makapangyarihan, epektibo, at sapat na maliit, maaari mo silang ilagay halos kahit saan.”
– Gil-Molina
Swipe to scroll →
| Pinagmulan | Integrasyon | Kabuuang Lakas ng Comb sa Chip | Mga Linya >100 μW | Intrinsic Linewidth (bawat linya) | Pangunahing Teknik |
|---|---|---|---|---|---|
| Columbia Engineering (2025) | Multimode laser diode + SiN resonator (on-chip) | ~0.16 W (≈160 mW) | ≥25 | ~200 kHz | Self-injection locking in nonlinear regime |
| Prior integrated microcombs | Gain chip + high-Q resonator | Order of magnitude lower | Fewer lines above 100 μW | Varies (typically broader) | Various (often lower pump power) |
Investing in Laser Tech
Isang pandaigdigang lider sa photonics at laser technologies, Coherent Corp. (COHR ) ay gumagawa ng semiconductor laser diodes at high-performance optical components.
Sa core business nito na nakatuon sa pag-develop at paggawa ng photonics-based solutions, na kritikal sa makabagong computing at data transmission, ang Coherent ay nakapagpatatag ng sarili bilang isang dominanteng puwersa sa optical communications industry at may malakas na market share.
Ang mga segment nito ay kinabibilangan ng Networking, na gumagamit ng compound semiconductor technology upang maghatid ng mga komponent at subsystems, Materials na kinabibilangan ng optoelectronic devices tulad ng mga batay sa silicon carbide (SiC), gallium antimonide (GaSb), gallium arsenide (GaAs), indium phosphide (InP), zinc selenide (ZnSe), at zinc sulfide (ZnS), at ang Lasers segment na nagsisilbi sa mga industriyal na kustomer sa semiconductor, precision manufacturing, at aerospace & defense, at iba pa sa pamamagitan ng kanilang lasers at optics products.
Coherent Corp. (COHR )
Sa malawak nitong hanay ng mga innovative photonics-based products, kayang mag-alok ng Coherent ng customized at end-to-end solutions sa mga customer nito pati na rin tugunan ang scalability needs ng AI infrastructure.
Ang estratehikong pokus nito sa AI market ay nagpoposisyon sa Coherent bilang potensyal na pangunahing benepisyaryo ng patuloy na paglago ng AI. Ito ay karagdagan sa tumataas na pangangailangan para sa high-performance optical components. Ngunit kasabay nito, humaharap ang kumpanya sa hamon mula sa tumitinding kompetisyon sa parehong AI at optical communications sectors.
Pagdating sa performance ng merkado ng Coherent, ito ay nasa isang bullish na yugto, katulad ng pangkalahatang stock market. Tumaas ng 29.16% ngayong taon, ang COHR shares ay kasalukuyang nagte-trade sa $123.70, sa oras ng pagsulat – isang bagong all-time high (ATH) na naglalagay sa market capitalization ng kumpanya sa $19.20 bilyon.
COHR Tsart ng Presyo
Noong Abril, bumagsak ang COHR shares sa $50 habang nakaranas ng correction ang stock market, at mula noon, ang mga shares ng Coherent ay tumaas ng halos 146%. At dalawang taon na ang nakalipas, ang COHR ay nagte-trade sa ilalim ng $30, na nagpapakita ng matibay na recovery.
Sa kasalukuyan, ang kumpanya ay nagde-deliver ng EPS (TTM) na -0.62 at P/E (TTM) na -198.72.
Tungkol sa financial position ng Coherent, nag-ulat ito ng record revenue na $1.53 bilyon para sa ika-apat na quarter na nagtatapos noong Hunyo 30, 2025. Ang GAAP gross margin sa panahong iyon ay 35.7% at GAAP net loss ay $0.83 kada diluted share, habang sa non-GAAP basis, ang gross margin ay 38.1% at net income kada diluted share ay $1.00.
Para sa buong fiscal 2025, ang revenue nito ay umabot din sa record $5.81 bilyon. Ang GAAP gross margin ay 35.2% at GAAP net loss ay $0.52 kada diluted share, habang ang non-GAAP gross margin ay 37.9% at net income kada diluted share ay $3.53.
According to CEO Jim Anderson:
“Nakapag-deliver kami ng malakas na fiscal 2025 na may revenue growth na 23% at non-GAAP EPS expansion na 191%. Naniniwala kami na nasa magandang posisyon kami upang patuloy na maghatid ng malakas na revenue at profit growth sa pangmatagalan dahil sa aming exposure sa mga key growth drivers tulad ng AI datacenters.”
Sa quarter na ito, sinimulan ng kumpanya ang pagpapadala ng kanilang 1.6T transceiver products, na nagbibigay-daan sa high-performance AI datacenter applications. Isang bagong diamond SiC composite material din ang ipinakilala para sa advanced cooling ng mga datacenter na ito.
Bukod pa rito, nakita ng Coherent ang unang revenue mula sa Optical Circuit Switch (OCS) at ipinakilala ang excimer laser platform na na-update para sa high-temperature production ng superconductor tape para sa umuusbong na energy tech, tulad ng fusion.
Sa nakaraang ilang linggo, inilabas ng Coherent ang ilang bagong produkto, kabilang ang isang buong serye ng quad-channel ICs na nagpapahintulot ng mas epektibo at mas mabilis na optical transceivers para sa AI at cloud, ang unang QSFP28 Dual Laser 100G ZR solution sa industriya upang mapalaki ang kapasidad sa umiiral na fiber infrastructure, at high-power 400 mW continuous-wave lasers upang matugunan ang mapanghamong pangangailangan ng co-packaged optics at silicon photonics applications.
Kamakailan, ipinakita ng Coherent ang kanilang next-generation 2D VCSEL at photodiode (PD) arrays upang tugunan ang tumataas na data traffic demands sa modernong datacenters.
Ilang linggo na ang nakalipas, pumasok ang Coherent sa mga amendment, na kinabibilangan ng refinancing ng umiiral na revolving credit commitments at pagtaas ng kabuuang pasilidad sa $700 milyon, sa kanilang Credit Agreement sa JPMorgan Chase Bank (JPM ) at iba pang lenders, na nagpapabuti sa liquidity at financial flexibility ng kumpanya upang suportahan ang operasyon at paglago.
Conclusion
Ang Columbia University ay nakagawa ng isang engineering achievement, na nagpapakita kung paano ang mga hindi inaasahang sandali sa agham ay maaaring magdala sa mas malaki at mas magagandang na discoveries na may kakayahang baguhin ang buong larangan. Sa pamamagitan ng pag-transform ng isang magulong beam sa dose-dosenang makapangyarihang, stable na mga channel ng liwanag, ang koponan ay naglatag ng pundasyon para sa susunod na henerasyon ng optical systems.
Mula sa rebolusyon ng LiDAR at pag-compact ng quantum devices hanggang sa pagpapalakas ng kapasidad ng AI-driven data centers, ang teknolohiyang ito ay kumakatawan sa isang malaking hakbang sa photonics integration. At habang ang mundo ay patungo sa mas mabilis, mas energy-efficient na communication systems, ang compact na frequency comb chips ay maaaring maging batayan ng hinaharap na computing infrastructure.
I-click dito upang matutunan ang lahat tungkol sa pag-invest sa artificial intelligence.
References
- Gil-Molina, A., Antman, Y., Westreich, O., et al. (2025). High-power electrically pumped microcombs. Nature Photonics, 19(10), 873–879. Na-publish 7 Oktubre 2025. https://doi.org/10.1038/s41566-025-01769-z
