Çip Ölçeğinde Frekans Komboları Veri Geleceğini Güçlendiriyor

Columbia Engineering araştırmacıları, bir lazeri “frekans kombosu”na dönüştürebilen ve aynı anda birden fazla güçlü ışık kanalı üreten yeni bir çip yarattı.

Özel bir kilitleme mekanizması kullanarak, araştırmacılar dağınık lazer ışığını temizledi ve küçük bir silikon cihazda laboratuvar düzeyinde doğruluk elde etti. Bu başarı, veri merkezi verimliliğini önemli ölçüde artırabilir ve LiDAR, algılama ve kuantum teknolojilerinde yenilikleri tetikleyebilir.

Mikrokombolar Laboratuvar Düzeyinde Hassasiyeti Çipe Küçültüyor 

Araştırmacılar, LiDAR (Işık Tespiti ve Ölçümü) teknolojisini geliştirmek için yüksek güçlü mikrokomb cihazını yarattı.

LiDAR, mesafeleri hesaplamak ve ortamın yüksek çözünürlüklü 3B modellerini oluşturmak için darbeli lazer ışığı kullanan bir uzaktan algılama teknolojisidir. Radar gibi çalışır, ancak ses yerine ışık kullanır.

Sistem, lazer darbeleri yayar ve geri dönüşlerini zamanlayarak nesnelere kesin mesafeleri ölçer ve hareketi gerçek zamanlı olarak izler.

Bir lazer, bir tarayıcı ve özel bir GPS alıcısından oluşan bir LiDAR cihazı, ayrıntılı bir ‘nokta bulutu’ verisi üretir; bu veri daha sonra otonom sürüş, çevre izleme, haritalama ve arkeoloji gibi uygulamalar için 3B haritalar oluşturmakta kullanılır.

Bu teknoloji 1960’larda icat edildi ve ilk olarak meteoroloji, okyanus algılama ve topoğrafik haritalama alanlarında uygulandı; daha sonra NASA tarafından uzaya genişletildi. 2010’larda ticari otomobiller LiDAR kullanmaya başladı ve o zamandan beri otomotiv LiDAR, üst düzey elektrikli araçlarda çok popüler hale geldi.

LiDAR’ın artan uygulamaları göz önüne alındığında, araştırmacılar teknolojiyi sürekli geliştirmek için çalışıyor. Lazer teknolojilerindeki birçok heyecan verici yenilik, gelişmiş optiklerle entegre edilerek daha fazla küçültülmeyi mümkün kılıyor ve LiDAR sistemlerinin uzun vadeli geleceği için umut vaat ediyor.

Columbia Üniversitesi Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu’ndan araştırmacıların odak noktası, kompakt lazer sistemlerinden daha yüksek güç ve spektral saflık elde ederek çip ölçeğinde frekans kombosu üretimini mümkün kılmaktı iletişimi, algılamayı, spektroskopiyi, LiDAR’ı ve diğer entegre fotonik uygulamaları geliştirmek için.

Bu nedenle, bir mikrokomb yarattılar; bu, çip üzerinde bir tarak dişi gibi eşit aralıklarla optik frekanslar üreten mini bir fotonik cihazdır.

Bu entegre mini frekans komboları, geleneksel olarak bu uygulamalar için gereken karmaşık sistemlerin boyutunu küçültme potansiyeline sahiptir. Böylece, entegre mikrokomblar, yüksek çıkış gücü, küçük alan ve yüksek verimlilik gerektiren spektroskopi, algılama ve veri iletişimi gibi birçok uygulama için umut vaat ediyor.

Son zamanlarda, araştırmacılar kazanç çipleri (yarı iletken optik elemanlar) ile üst düzey rezonatörlerin entegrasyonu sayesinde elektrikle pompalanmış mikrokombları gösterdiler. Ancak toplam optik güçleri hâlâ pratik çözümler için gereken seviyenin çok altında.

Bu sınırlama, Columbia araştırmacıları tarafından yüksek güçlü elektrikle pompalanmış Kerr‑frekanslı mikrokomblar gösterilerek ele alındı.

‘Dağınık’ Diyotlardan Temiz Mikrokombolara

İlginç bir şekilde, bu tesadüfi bir keşifti. Birkaç yıl önce, ortak yazar Michal Lipson’un laboratuvarındaki araştırmacılar, Eugene Higgins Profesörü Elektrik Mühendisliği ve uygulamalı fizik profesörü, LiDAR yeteneklerini artırmak için bir proje üzerinde çalışırken inanılmaz bir şey fark ettiler.

Daha parlak ışık ışınları üretebilen yüksek güçlü çipler tasarlıyorlardı ve “çipe daha fazla güç gönderdikçe, bir frekans kombosu oluşturduğunu fark ettik” dedi Lipson laboratuvarının eski postdoc araştırmacısı ve şu anda Xscape Photonics’te baş mühendis olan Andres Gil‑Molina.

Frekans kombosu, ayrık ve düzenli aralıklarla yer alan spektral hatlardan oluşan bir spektrumdur. Bu, bu özel ışık türünün bir gökkuşağında gördüğünüz gibi yan yana düzenli bir şekilde farklı renkler içerdiği anlamına gelir.

Burada, onlarca ışık frekansı parlar. Ancak bu farklı renkler veya frekanslar arasındaki boşluklar karanlık kalır. Bu yüzden, bir spektrogramda bu parlak frekanslara bakıldığında, bir tarak dişi gibi sivri uçlar gibi görünür; işte adı bu yüzden verilmiştir.

Farklı ışık renklerinin birbirine karışmaması nedeniyle, her diş kendi kanalını oluşturur ve aynı anda birden fazla veri akışı göndermek için inanılmaz bir fırsat sunar.

Son derece faydalı olmasına rağmen, güçlü bir frekans kombosu oluşturmak büyük ve pahalı lazerler ve amplifikatörler gerektirir. 

Nature PhotonicsNature Photonics¹, bu makale aynı şeyin tek bir çip üzerinde nasıl yapılabileceğini detaylandırıyor.

“Geliştirdiğimiz teknoloji, çok güçlü bir lazer alır ve onu çip üzerinde onlarca temiz, yüksek güçlü kanala dönüştürür. Bu, bireysel lazer raflarını tek bir kompakt cihazla değiştirebileceğiniz, maliyeti düşürebileceğiniz, alan tasarrufu sağlayabileceğiniz ve çok daha hızlı, daha enerji verimli sistemlerin kapısını açabileceğiniz anlamına gelir.”

– Gil-Molina

Bu araştırma, veri merkezlerinin çok sayıda dalga boyu içeren güçlü ve verimli ışık kaynaklarına olan muazzam talebini karşılamanın yanı sıra, ekibin silikon fotoniği ilerletme misyonunda bir dönüm noktasıdır.

Geleneksel elektronik devrelere göre daha az güç tüketirken ve daha az ısı üreterek veri aktarımını önemli ölçüde hızlandırmasıyla tanınan silikon fotoniği, yüksek hızlı veri merkezleri, yapay zeka, LiDAR, kuantum teknolojileri, IoT ve 5G gibi alanlarda uygulama bulmuştur.

Silikon fotoniği ışık tabanlı bileşenleri standart CMOS üretim süreçlerini kullanarak bir silikon çipe entegre eder ve fotonik entegre devreler (PIC’ler) oluşturur. Yarı iletken platform olarak silikon‑izolatör (SOI) wafer’ları kullanarak dalga kılavuzları ve ışığı daha hızlı, daha enerji verimli iletişim ve daha küçük, daha maliyet etkin cihazlar için yönlendiren diğer bileşenleri oluşturur.

“Bu teknoloji kritik altyapı ve günlük yaşamımızda giderek daha merkezi bir hâle geldikçe, bu tür bir ilerleme veri merkezlerinin mümkün olduğunca verimli olmasını sağlamak için esastır.”

– Lipson

Kendiliğinden Enjeksiyon Kilitlemesi Işığı Nasıl Temizler ve Çoğaltır

Bir çipe yerleştirilebilecek en güçlü lazer nedir? Bu soru, araştırmacıları büyük bir buluşa yönlendirdi.

Columbia ekibi çok modlu bir lazer diyotu seçti. Lazer diyotu (LD), belirli bir dalga boyunda tek renk ışık üreten bir yarı iletken cihazdır. Çok modlu lazer diyotları veya Geniş Alan Lazerleri (BAL), daha yüksek güç çıkışı sağlar ve yüksek optik güç gerektiğinde ve ışın kalitesi daha az kritik olduğunda idealdir.

Bu cihazlar daha geniş bir ışın üretir, bu da ışın kalitesini azaltır ancak güç yoğunluğunu artırır. Çok modlu lazer diyotları, tıbbi cihazlar, baskı ve görüntüleme, ve lazer kesim aletleri gibi uygulamalarda yaygın olarak kullanılır.

Bu lazerler muazzam miktarda ışık üretirken, ışınları “dağınık” olduğundan, hassas uygulamalarda kullanılmaları zordur. 

Bir çok modlu lazer diyotunu, ışık yollarının sadece birkaç mikrometre (μm) ya da hatta yüzlerce nanometre (nm) kadar dar olduğu bir silikon fotoniği çipine entegre etmek, dikkatli bir mühendislik gerektirir.

Bu güçlü ancak çok gürültülü ışık kaynağını temizlemek için ekip bir kilitleme mekanizması kullandı.

Kendiliğinden enjeksiyon kilitlemesi, yüksek çip içi güç komboları üretmek ve pompa kaynağının koheransını aynı anda temizlemek için doğrusal olmayan rejimde kullanıldı.

Enjeksiyon kilitlemesi, bir osilatörün yakın bir frekansta çalışan ikinci bir osilatör tarafından etkilenmesiyle ortaya çıkabilecek frekans etkisidir. Frekanslar yeterince yakın ve bağlama güçlü olduğunda, ikinci osilatör birincisini yakalayabilir ve ona temelde aynı frekansı kazandırır.

Bu teknik, yüksek güç çıkışı gerektiğinde, çok düşük yoğunluk gürültüsü ve faz gürültüsüyle birleştirilen sürekli dalga (CW) tek frekanslı lazer kaynaklarına öncelikle uygulanır.

Bu, lazer çıkışını yeniden şekillendirmek ve temizlemek için silikon fotoniğine dayanır; daha stabil ve temiz bir ışın üretir, buna yüksek koherans denir. Işık temizlendikten sonra, çipin doğrusal olmayan optik özellikleri devreye girer ve tek güçlü ışını, eşit aralıklarla yer alan onlarca renge bölerek bir frekans kombosunun temel özelliğini oluşturur.

Ortaya çıkan kompakt, yüksek verimli ışık kaynağı, endüstriyel bir lazerin ham gücünü gelişmiş iletişim ve algılama için gereken stabilite ve hassasiyetle birleştirir.

Düşük koheranslı kaynak, yüksek çıkış gücü ve silikon nitrür halka rezonatörleriyle entegre edildi. Rezonatörler, normal grup hızı dağılımı ile tasarlanmıştır; bu, optik frekans arttıkça hızın azaldığı anlamına gelir. Bu, daha uzun ışık dalga boylarının bir ortamda daha kısa dalga boylarından daha hızlı hareket etmesi ve optik darbelerin zaman içinde yayılmasına neden olması durumunda meydana gelir.

Ekip tarafından oluşturulan mikrokombolar, toplam çip içi güç seviyelerini 158 mW’ye kadar ulaştırdı. Komboların hatları ise 200 kHz’lik içsel bir hat genişliğine sahipti. Araştırmacılar ayrıca, 100 μW’yi aşan ve önceki rapor edilen sonuçların bir mertebe daha yüksek çip içi güç seviyelerine sahip iki katından fazla komb hat sayısı gösterdi.

“Yeni elektrikle pompalanmış mikrokomb kaynağımız, veri iletişimi için gerekli boyut, güç ve hat genişliğine sahiptir ve yüksek performanslı bilgi işlem ve spektral algılama ve zaman tutma uygulamaları gibi diğer alanlarda da güçlü bir etki yaratabilir.”

Bu atılım, AI patlamasının veri merkezi kapasitesi talebinde patlayıcı bir artışa neden olduğu bir zamanda gerçekleşti. Bu, altyapılarına baskı yapıyor ve bilgiyi hızlı bir şekilde taşıma konusunda zorluk yaratıyor. Sonuç olarak, şirketler büyük AI modellerinin eğitimi ve çalıştırılması için gereken devasa hesaplama gereksinimlerini karşılamak üzere AI‑özel altyapılar inşa ediyor.

Zaten, fiber optik bağlantılar gelişmiş veri merkezleri tarafından veri taşımak için kullanılmaktadır, ancak bunlar bile tek dalga boylu lazerlere bağımlıdır.

Aynı tek fiber üzerinden paralel olarak onlarca ışın çalıştırarak, bir ışının sadece bir veri akışı taşıması yerine, frekans komboları veri merkezlerinin yeteneklerini büyük ölçüde artırabilir.

Bu aynı prensip, WDM (dalga boyu bölmeli çoklama) teknolojisinin temelini oluşturur; fiber‑optik bir teknoloji her akışa benzersiz bir ışık dalga boyu atayarak tek bir fiber üzerinden aynı anda birden fazla veri akışı gönderir, veri kapasitesini önemli ölçüde artırır ve daha yüksek bant genişliği sağlar. WDM, internetin 1990’ların sonlarında küresel yüksek hızlı bir ağ haline gelmesine yardımcı oldu.

Şimdi, Lipson ekibi, doğrudan bir çipe sığabilecek kadar küçük yüksek güçlü, çok dalga boylu kombolar üretiyor. Bu başarı, modern bilgisayar sistemlerinin kompakt ve pahalı bölümlerine bu yeteneği kazandırmayı mümkün kılacak.

Bu şekilde, çipler bilgi iletim ve işleme süreçlerini sadeleştirerek veri merkezlerinin çalışma şeklini değiştirebilir, bir sonraki nesil veri merkezlerinin ve verimli optik iletişime bağımlı birçok diğer cihazın tasarımını etkileyebilir. Bu aynı çipler ayrıca gelişmiş LiDAR sistemlerini, kompakt kuantum cihazlarını, son derece hassas optik saatleri ve taşınabilir spektrometreleri mümkün kılabilir.

“Bu, laboratuvar düzeyindeki ışık kaynaklarını gerçek dünya cihazlarına getirmekle ilgilidir. Eğer onları yeterince güçlü, verimli ve küçük yapabilirseniz, neredeyse her yere yerleştirebilirsiniz.”

– Gil-Molina

Swipe to scroll →

Lazer Teknolojisine Yatırım

Fotoni ve lazer teknolojilerinde küresel bir lider, Coherent Corp. (COHR ) yarı iletken lazer diyotları ve yüksek performanslı optik bileşenler üretir.

Temel işi, gelişmiş bilgi işlem ve veri iletimi çağında kritik olan fotonik tabanlı çözümler geliştirmek ve üretmek etrafında dönen Coherent, optik iletişim endüstrisinde baskın bir güç olarak kendini konumlandırmış ve güçlü bir pazar payına sahiptir.

Bölümleri arasında, bileşik yarı iletken teknolojisini kullanarak bileşen ve alt sistemler sunan Networking; silikon karbür (SiC), galyum antimonür (GaSb), galyum arsenür (GaAs), indiyum fosfit (InP), çinko selenür (ZnSe) ve çinko sülfür (ZnS) tabanlı optoelektronik cihazları içeren Materials; ve Lasers bölümü, yarı iletken, hassas üretim ve uzay & savunma gibi endüstriyel müşterilere lazer ve optik ürünleri aracılığıyla hizmet vermektedir.

Coherent Corp. (COHR )

Geniş kapsamlı yenilikçi fotonik tabanlı ürünleriyle Coherent, müşterilerine özelleştirilmiş ve uçtan uca çözümler sunabilmekte ve AI altyapısının ölçeklenebilirlik ihtiyaçlarını karşılamaktadır.

AI pazarına stratejik odaklanması, Coherent’i devam eden AI büyümesinin potansiyel büyük bir faydalanıcısı konumuna getiriyor. Bu, yüksek performanslı optik bileşenlere artan talebe bir eklemedir. Ancak aynı zamanda şirket, AI ve optik iletişim sektörlerinde artan rekabetten zorluklarla karşı karşıyadır.

Coherent’in piyasa performansına gelince, geniş borsa gibi yükseliş bir dönem yaşıyor. Bu yıl şu ana kadar %29,16 artış gösteren COHR hisseleri $123,70 seviyesinde işlem görüyor; bu, şirketin piyasa değerini $19,20 milyar yapan yeni bir tüm zamanların en yüksek seviyesi (ATH).

Nisan ayında, hisse senedi piyasası bir düzeltme yaşarken COHR hisseleri $50’ye düşmüştü ve o zamandan beri Coherent hisseleri yaklaşık %146 toparlandı. Ve sadece iki yıl önce, COHR $30 altından işlem görüyordu; bu güçlü bir iyileşmeyi temsil ediyor.

Bununla birlikte, şirket -0,62 EPS (TTM) ve -198,72 P/E (TTM) sunuyor.

Coherent’in finansal konumuna gelince, 30 Haziran 2025’te sona eren dördüncü çeyrek için rekor $1,53 milyar gelir bildirdi. Dönem boyunca GAAP brüt marjı %35,7 ve GAAP net zararı hisse başına $0,83 iken, GAAP dışı bazda brüt marj %38,1 ve hisse başına net gelir $1,00 idi.

2025 mali yılı tamamı için geliri de rekor $5,81 milyar oldu. GAAP brüt marj %35,2 ve GAAP net zararı hisse başına $0,52 iken, GAAP dışı brüt marj %37,9 ve hisse başına net gelir $3,53 idi.

“2025 mali yılında %23 gelir artışı ve %191 GAAP dışı EPS genişlemesiyle güçlü bir performans sergiledik. AI veri merkezleri gibi ana büyüme sürücülerine maruz kalmamız nedeniyle uzun vadede güçlü gelir ve kâr büyümesi sürdürmeye iyi konumlandığımızı düşünüyoruz.”

Bu çeyrekte, şirket 1,6T transceiver ürünlerinin sevkiyatına başladı; bu, yüksek performanslı AI veri merkezi uygulamalarını mümkün kılıyor. Ayrıca, bu veri merkezlerinin gelişmiş soğutması için yeni bir elmas SiC kompozit malzeme tanıtıldı.

Ayrıca, Coherent, Optik Devre Anahtarı (OCS) üzerinden ilk gelirini gördü ve süperiletken bantların yüksek sıcaklıkta üretimi için güncellenmiş bir eksimer lazer platformu tanıttı; bu, füzyon gibi yeni enerji teknolojileri için.

Son birkaç hafta içinde, Coherent birkaç yeni ürün piyasaya sürdü; bunlar arasında AI ve bulut için daha verimli ve hızlı optik transceiver’lar sağlayan bir dizi dört kanallı IC, mevcut fiber altyapısındaki kapasiteyi maksimize eden sektörün ilk QSFP28 Dual Laser 100G ZR çözümü ve ortak paketli optik ve silikon fotoniği uygulamalarının zorlu gereksinimlerini karşılamak için yüksek güçlü 400 mW sürekli dalga lazerleri yer alıyor.

Yakın zamanda, Coherent, modern veri merkezlerindeki artan veri trafiği taleplerine yanıt vermek için yeni nesil 2D VCSEL ve fotodiyot (PD) dizilerini gösterdi.

Birkaç hafta önce, Coherent, mevcut döner kredi taahhütlerini yeniden finanse etmeyi ve toplam kredi limitini $700 milyona yükseltmeyi içeren ek sözleşmelere imza attı; bu, JPMorgan Chase Bank (JPM ) ve diğer kredi verenlerle olan Kredi Anlaşması kapsamında şirketin likiditesini ve finansal esnekliğini artırarak operasyonları ve büyümeyi desteklemeyi amaçlamaktadır.

Sonuç

Columbia Üniversitesi bir mühendislik başarısı elde etti; bilimdeki beklenmedik anların nasıl daha büyük ve daha iyi keşiflere, tüm alanları yeniden tanımlama yeteneğiyle yol açabileceğini gösteriyor. Tek bir dağınık ışını, onlarca güçlü ve stabil ışık kanalına dönüştürerek, ekip bir sonraki nesil optik sistemler için temel oluşturdu.

LiDAR’ı devrim niteliğinde değiştirmek ve kuantum cihazlarını küçültmekten, AI destekli veri merkezlerinin kapasitesini artırmaya kadar, bu teknoloji fotonik entegrasyonda büyük bir sıçrama temsil ediyor. Ve dünya daha hızlı, daha enerji verimli iletişim sistemlerine doğru ilerlerken, kompakt frekans kombosu çipleri geleceğin bilgi işlem altyapısının temeli olabilir.

Yapay zekaya yatırım hakkında her şeyi öğrenmek için buraya tıklayın.

Kaynaklar

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

Columbia Engineering araştırmacıları, bir lazeri “frekans kombosu”na dönüştürebilen ve aynı anda birden fazla güçlü ışık kanalı üreten yeni bir çip yarattı.

Özel bir kilitleme mekanizması kullanarak, araştırmacılar dağınık lazer ışığını temizledi ve küçük bir silikon cihazda laboratuvar düzeyinde doğruluk elde etti. Bu başarı, veri merkezi verimliliğini önemli ölçüde artırabilir ve LiDAR, algılama ve kuantum teknolojilerinde yenilikleri tetikleyebilir.

Mikrokombolar Laboratuvar Düzeyinde Hassasiyeti Çipe Küçültüyor 

Araştırmacılar, LiDAR (Işık Tespiti ve Ölçümü) teknolojisini geliştirmek için yüksek güçlü mikrokomb cihazını yarattı.

LiDAR, mesafeleri hesaplamak ve ortamın yüksek çözünürlüklü 3B modellerini oluşturmak için darbeli lazer ışığı kullanan bir uzaktan algılama teknolojisidir. Radar gibi çalışır, ancak ses yerine ışık kullanır.

Sistem, lazer darbeleri yayar ve geri dönüşlerini zamanlayarak nesnelere kesin mesafeleri ölçer ve hareketi gerçek zamanlı olarak izler.

Bir lazer, bir tarayıcı ve özel bir GPS alıcısından oluşan bir LiDAR cihazı, ayrıntılı bir ‘nokta bulutu’ verisi üretir; bu veri daha sonra otonom sürüş, çevre izleme, haritalama ve arkeoloji gibi uygulamalar için 3B haritalar oluşturmakta kullanılır.

Bu teknoloji 1960’larda icat edildi ve ilk olarak meteoroloji, okyanus algılama ve topoğrafik haritalama alanlarında uygulandı; daha sonra NASA tarafından uzaya genişletildi. 2010’larda ticari otomobiller LiDAR kullanmaya başladı ve o zamandan beri otomotiv LiDAR, üst düzey elektrikli araçlarda çok popüler hale geldi.

LiDAR’ın artan uygulamaları göz önüne alındığında, araştırmacılar teknolojiyi sürekli geliştirmek için çalışıyor. Lazer teknolojilerindeki birçok heyecan verici yenilik, gelişmiş optiklerle entegre edilerek daha fazla küçültülmeyi mümkün kılıyor ve LiDAR sistemlerinin uzun vadeli geleceği için umut vaat ediyor.

Columbia Üniversitesi Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu’ndan araştırmacıların odak noktası, kompakt lazer sistemlerinden daha yüksek güç ve spektral saflık elde ederek çip ölçeğinde frekans kombosu üretimini mümkün kılmaktı iletişimi, algılamayı, spektroskopiyi, LiDAR’ı ve diğer entegre fotonik uygulamaları geliştirmek için.

Bu nedenle, bir mikrokomb yarattılar; bu, çip üzerinde bir tarak dişi gibi eşit aralıklarla optik frekanslar üreten mini bir fotonik cihazdır.

Bu entegre mini frekans komboları, geleneksel olarak bu uygulamalar için gereken karmaşık sistemlerin boyutunu küçültme potansiyeline sahiptir. Böylece, entegre mikrokomblar, yüksek çıkış gücü, küçük alan ve yüksek verimlilik gerektiren spektroskopi, algılama ve veri iletişimi gibi birçok uygulama için umut vaat ediyor.

Son zamanlarda, araştırmacılar kazanç çipleri (yarı iletken optik elemanlar) ile üst düzey rezonatörlerin entegrasyonu sayesinde elektrikle pompalanmış mikrokombları gösterdiler. Ancak toplam optik güçleri hâlâ pratik çözümler için gereken seviyenin çok altında.

Bu sınırlama, Columbia araştırmacıları tarafından yüksek güçlü elektrikle pompalanmış Kerr‑frekanslı mikrokomblar gösterilerek ele alındı.

‘Dağınık’ Diyotlardan Temiz Mikrokombolara

İlginç bir şekilde, bu tesadüfi bir keşifti. Birkaç yıl önce, ortak yazar Michal Lipson’un laboratuvarındaki araştırmacılar, Eugene Higgins Profesörü Elektrik Mühendisliği ve uygulamalı fizik profesörü, LiDAR yeteneklerini artırmak için bir proje üzerinde çalışırken inanılmaz bir şey fark ettiler.

Daha parlak ışık ışınları üretebilen yüksek güçlü çipler tasarlıyorlardı ve “çipe daha fazla güç gönderdikçe, bir frekans kombosu oluşturduğunu fark ettik” dedi Lipson laboratuvarının eski postdoc araştırmacısı ve şu anda Xscape Photonics’te baş mühendis olan Andres Gil‑Molina.

Frekans kombosu, ayrık ve düzenli aralıklarla yer alan spektral hatlardan oluşan bir spektrumdur. Bu, bu özel ışık türünün bir gökkuşağında gördüğünüz gibi yan yana düzenli bir şekilde farklı renkler içerdiği anlamına gelir.

Burada, onlarca ışık frekansı parlar. Ancak bu farklı renkler veya frekanslar arasındaki boşluklar karanlık kalır. Bu yüzden, bir spektrogramda bu parlak frekanslara bakıldığında, bir tarak dişi gibi sivri uçlar gibi görünür; işte adı bu yüzden verilmiştir.

Farklı ışık renklerinin birbirine karışmaması nedeniyle, her diş kendi kanalını oluşturur ve aynı anda birden fazla veri akışı göndermek için inanılmaz bir fırsat sunar.

Son derece faydalı olmasına rağmen, güçlü bir frekans kombosu oluşturmak büyük ve pahalı lazerler ve amplifikatörler gerektirir. 

Nature PhotonicsNature Photonics¹, bu makale aynı şeyin tek bir çip üzerinde nasıl yapılabileceğini detaylandırıyor.

“Geliştirdiğimiz teknoloji, çok güçlü bir lazer alır ve onu çip üzerinde onlarca temiz, yüksek güçlü kanala dönüştürür. Bu, bireysel lazer raflarını tek bir kompakt cihazla değiştirebileceğiniz, maliyeti düşürebileceğiniz, alan tasarrufu sağlayabileceğiniz ve çok daha hızlı, daha enerji verimli sistemlerin kapısını açabileceğiniz anlamına gelir.”

– Gil-Molina

Bu araştırma, veri merkezlerinin çok sayıda dalga boyu içeren güçlü ve verimli ışık kaynaklarına olan muazzam talebini karşılamanın yanı sıra, ekibin silikon fotoniği ilerletme misyonunda bir dönüm noktasıdır.

Geleneksel elektronik devrelere göre daha az güç tüketirken ve daha az ısı üreterek veri aktarımını önemli ölçüde hızlandırmasıyla tanınan silikon fotoniği, yüksek hızlı veri merkezleri, yapay zeka, LiDAR, kuantum teknolojileri, IoT ve 5G gibi alanlarda uygulama bulmuştur.

Silikon fotoniği ışık tabanlı bileşenleri standart CMOS üretim süreçlerini kullanarak bir silikon çipe entegre eder ve fotonik entegre devreler (PIC’ler) oluşturur. Yarı iletken platform olarak silikon‑izolatör (SOI) wafer’ları kullanarak dalga kılavuzları ve ışığı daha hızlı, daha enerji verimli iletişim ve daha küçük, daha maliyet etkin cihazlar için yönlendiren diğer bileşenleri oluşturur.

“Bu teknoloji kritik altyapı ve günlük yaşamımızda giderek daha merkezi bir hâle geldikçe, bu tür bir ilerleme veri merkezlerinin mümkün olduğunca verimli olmasını sağlamak için esastır.”

– Lipson

Kendiliğinden Enjeksiyon Kilitlemesi Işığı Nasıl Temizler ve Çoğaltır

Bir çipe yerleştirilebilecek en güçlü lazer nedir? Bu soru, araştırmacıları büyük bir buluşa yönlendirdi.

Columbia ekibi çok modlu bir lazer diyotu seçti. Lazer diyotu (LD), belirli bir dalga boyunda tek renk ışık üreten bir yarı iletken cihazdır. Çok modlu lazer diyotları veya Geniş Alan Lazerleri (BAL), daha yüksek güç çıkışı sağlar ve yüksek optik güç gerektiğinde ve ışın kalitesi daha az kritik olduğunda idealdir.

Bu cihazlar daha geniş bir ışın üretir, bu da ışın kalitesini azaltır ancak güç yoğunluğunu artırır. Çok modlu lazer diyotları, tıbbi cihazlar, baskı ve görüntüleme, ve lazer kesim aletleri gibi uygulamalarda yaygın olarak kullanılır.

Bu lazerler muazzam miktarda ışık üretirken, ışınları “dağınık” olduğundan, hassas uygulamalarda kullanılmaları zordur. 

Bir çok modlu lazer diyotunu, ışık yollarının sadece birkaç mikrometre (μm) ya da hatta yüzlerce nanometre (nm) kadar dar olduğu bir silikon fotoniği çipine entegre etmek, dikkatli bir mühendislik gerektirir.

Bu güçlü ancak çok gürültülü ışık kaynağını temizlemek için ekip bir kilitleme mekanizması kullandı.

Kendiliğinden enjeksiyon kilitlemesi, yüksek çip içi güç komboları üretmek ve pompa kaynağının koheransını aynı anda temizlemek için doğrusal olmayan rejimde kullanıldı.

Enjeksiyon kilitlemesi, bir osilatörün yakın bir frekansta çalışan ikinci bir osilatör tarafından etkilenmesiyle ortaya çıkabilecek frekans etkisidir. Frekanslar yeterince yakın ve bağlama güçlü olduğunda, ikinci osilatör birincisini yakalayabilir ve ona temelde aynı frekansı kazandırır.

Bu teknik, yüksek güç çıkışı gerektiğinde, çok düşük yoğunluk gürültüsü ve faz gürültüsüyle birleştirilen sürekli dalga (CW) tek frekanslı lazer kaynaklarına öncelikle uygulanır.

Bu, lazer çıkışını yeniden şekillendirmek ve temizlemek için silikon fotoniğine dayanır; daha stabil ve temiz bir ışın üretir, buna yüksek koherans denir. Işık temizlendikten sonra, çipin doğrusal olmayan optik özellikleri devreye girer ve tek güçlü ışını, eşit aralıklarla yer alan onlarca renge bölerek bir frekans kombosunun temel özelliğini oluşturur.

Ortaya çıkan kompakt, yüksek verimli ışık kaynağı, endüstriyel bir lazerin ham gücünü gelişmiş iletişim ve algılama için gereken stabilite ve hassasiyetle birleştirir.

Düşük koheranslı kaynak, yüksek çıkış gücü ve silikon nitrür halka rezonatörleriyle entegre edildi. Rezonatörler, normal grup hızı dağılımı ile tasarlanmıştır; bu, optik frekans arttıkça hızın azaldığı anlamına gelir. Bu, daha uzun ışık dalga boylarının bir ortamda daha kısa dalga boylarından daha hızlı hareket etmesi ve optik darbelerin zaman içinde yayılmasına neden olması durumunda meydana gelir.

Ekip tarafından oluşturulan mikrokombolar, toplam çip içi güç seviyelerini 158 mW’ye kadar ulaştırdı. Komboların hatları ise 200 kHz’lik içsel bir hat genişliğine sahipti. Araştırmacılar ayrıca, 100 μW’yi aşan ve önceki rapor edilen sonuçların bir mertebe daha yüksek çip içi güç seviyelerine sahip iki katından fazla komb hat sayısı gösterdi.

“Yeni elektrikle pompalanmış mikrokomb kaynağımız, veri iletişimi için gerekli boyut, güç ve hat genişliğine sahiptir ve yüksek performanslı bilgi işlem ve spektral algılama ve zaman tutma uygulamaları gibi diğer alanlarda da güçlü bir etki yaratabilir.”

Bu atılım, AI patlamasının veri merkezi kapasitesi talebinde patlayıcı bir artışa neden olduğu bir zamanda gerçekleşti. Bu, altyapılarına baskı yapıyor ve bilgiyi hızlı bir şekilde taşıma konusunda zorluk yaratıyor. Sonuç olarak, şirketler büyük AI modellerinin eğitimi ve çalıştırılması için gereken devasa hesaplama gereksinimlerini karşılamak üzere AI‑özel altyapılar inşa ediyor.

Zaten, fiber optik bağlantılar gelişmiş veri merkezleri tarafından veri taşımak için kullanılmaktadır, ancak bunlar bile tek dalga boylu lazerlere bağımlıdır.

Aynı tek fiber üzerinden paralel olarak onlarca ışın çalıştırarak, bir ışının sadece bir veri akışı taşıması yerine, frekans komboları veri merkezlerinin yeteneklerini büyük ölçüde artırabilir.

Bu aynı prensip, WDM (dalga boyu bölmeli çoklama) teknolojisinin temelini oluşturur; fiber‑optik bir teknoloji her akışa benzersiz bir ışık dalga boyu atayarak tek bir fiber üzerinden aynı anda birden fazla veri akışı gönderir, veri kapasitesini önemli ölçüde artırır ve daha yüksek bant genişliği sağlar. WDM, internetin 1990’ların sonlarında küresel yüksek hızlı bir ağ haline gelmesine yardımcı oldu.

Şimdi, Lipson ekibi, doğrudan bir çipe sığabilecek kadar küçük yüksek güçlü, çok dalga boylu kombolar üretiyor. Bu başarı, modern bilgisayar sistemlerinin kompakt ve pahalı bölümlerine bu yeteneği kazandırmayı mümkün kılacak.

Bu şekilde, çipler bilgi iletim ve işleme süreçlerini sadeleştirerek veri merkezlerinin çalışma şeklini değiştirebilir, bir sonraki nesil veri merkezlerinin ve verimli optik iletişime bağımlı birçok diğer cihazın tasarımını etkileyebilir. Bu aynı çipler ayrıca gelişmiş LiDAR sistemlerini, kompakt kuantum cihazlarını, son derece hassas optik saatleri ve taşınabilir spektrometreleri mümkün kılabilir.

“Bu, laboratuvar düzeyindeki ışık kaynaklarını gerçek dünya cihazlarına getirmekle ilgilidir. Eğer onları yeterince güçlü, verimli ve küçük yapabilirseniz, neredeyse her yere yerleştirebilirsiniz.”

– Gil-Molina

Swipe to scroll →

Lazer Teknolojisine Yatırım

Fotoni ve lazer teknolojilerinde küresel bir lider, Coherent Corp. (COHR ) yarı iletken lazer diyotları ve yüksek performanslı optik bileşenler üretir.

Temel işi, gelişmiş bilgi işlem ve veri iletimi çağında kritik olan fotonik tabanlı çözümler geliştirmek ve üretmek etrafında dönen Coherent, optik iletişim endüstrisinde baskın bir güç olarak kendini konumlandırmış ve güçlü bir pazar payına sahiptir.

Bölümleri arasında, bileşik yarı iletken teknolojisini kullanarak bileşen ve alt sistemler sunan Networking; silikon karbür (SiC), galyum antimonür (GaSb), galyum arsenür (GaAs), indiyum fosfit (InP), çinko selenür (ZnSe) ve çinko sülfür (ZnS) tabanlı optoelektronik cihazları içeren Materials; ve Lasers bölümü, yarı iletken, hassas üretim ve uzay & savunma gibi endüstriyel müşterilere lazer ve optik ürünleri aracılığıyla hizmet vermektedir.

Coherent Corp. (COHR )

Geniş kapsamlı yenilikçi fotonik tabanlı ürünleriyle Coherent, müşterilerine özelleştirilmiş ve uçtan uca çözümler sunabilmekte ve AI altyapısının ölçeklenebilirlik ihtiyaçlarını karşılamaktadır.

AI pazarına stratejik odaklanması, Coherent’i devam eden AI büyümesinin potansiyel büyük bir faydalanıcısı konumuna getiriyor. Bu, yüksek performanslı optik bileşenlere artan talebe bir eklemedir. Ancak aynı zamanda şirket, AI ve optik iletişim sektörlerinde artan rekabetten zorluklarla karşı karşıyadır.

Coherent’in piyasa performansına gelince, geniş borsa gibi yükseliş bir dönem yaşıyor. Bu yıl şu ana kadar %29,16 artış gösteren COHR hisseleri $123,70 seviyesinde işlem görüyor; bu, şirketin piyasa değerini $19,20 milyar yapan yeni bir tüm zamanların en yüksek seviyesi (ATH).

Nisan ayında, hisse senedi piyasası bir düzeltme yaşarken COHR hisseleri $50’ye düşmüştü ve o zamandan beri Coherent hisseleri yaklaşık %146 toparlandı. Ve sadece iki yıl önce, COHR $30 altından işlem görüyordu; bu güçlü bir iyileşmeyi temsil ediyor.

Bununla birlikte, şirket -0,62 EPS (TTM) ve -198,72 P/E (TTM) sunuyor.

Coherent’in finansal konumuna gelince, 30 Haziran 2025’te sona eren dördüncü çeyrek için rekor $1,53 milyar gelir bildirdi. Dönem boyunca GAAP brüt marjı %35,7 ve GAAP net zararı hisse başına $0,83 iken, GAAP dışı bazda brüt marj %38,1 ve hisse başına net gelir $1,00 idi.

2025 mali yılı tamamı için geliri de rekor $5,81 milyar oldu. GAAP brüt marj %35,2 ve GAAP net zararı hisse başına $0,52 iken, GAAP dışı brüt marj %37,9 ve hisse başına net gelir $3,53 idi.

“2025 mali yılında %23 gelir artışı ve %191 GAAP dışı EPS genişlemesiyle güçlü bir performans sergiledik. AI veri merkezleri gibi ana büyüme sürücülerine maruz kalmamız nedeniyle uzun vadede güçlü gelir ve kâr büyümesi sürdürmeye iyi konumlandığımızı düşünüyoruz.”

Bu çeyrekte, şirket 1,6T transceiver ürünlerinin sevkiyatına başladı; bu, yüksek performanslı AI veri merkezi uygulamalarını mümkün kılıyor. Ayrıca, bu veri merkezlerinin gelişmiş soğutması için yeni bir elmas SiC kompozit malzeme tanıtıldı.

Ayrıca, Coherent, Optik Devre Anahtarı (OCS) üzerinden ilk gelirini gördü ve süperiletken bantların yüksek sıcaklıkta üretimi için güncellenmiş bir eksimer lazer platformu tanıttı; bu, füzyon gibi yeni enerji teknolojileri için.

Son birkaç hafta içinde, Coherent birkaç yeni ürün piyasaya sürdü; bunlar arasında AI ve bulut için daha verimli ve hızlı optik transceiver’lar sağlayan bir dizi dört kanallı IC, mevcut fiber altyapısındaki kapasiteyi maksimize eden sektörün ilk QSFP28 Dual Laser 100G ZR çözümü ve ortak paketli optik ve silikon fotoniği uygulamalarının zorlu gereksinimlerini karşılamak için yüksek güçlü 400 mW sürekli dalga lazerleri yer alıyor.

Yakın zamanda, Coherent, modern veri merkezlerindeki artan veri trafiği taleplerine yanıt vermek için yeni nesil 2D VCSEL ve fotodiyot (PD) dizilerini gösterdi.

Birkaç hafta önce, Coherent, mevcut döner kredi taahhütlerini yeniden finanse etmeyi ve toplam kredi limitini $700 milyona yükseltmeyi içeren ek sözleşmelere imza attı; bu, JPMorgan Chase Bank (JPM ) ve diğer kredi verenlerle olan Kredi Anlaşması kapsamında şirketin likiditesini ve finansal esnekliğini artırarak operasyonları ve büyümeyi desteklemeyi amaçlamaktadır.

Sonuç

Columbia Üniversitesi bir mühendislik başarısı elde etti; bilimdeki beklenmedik anların nasıl daha büyük ve daha iyi keşiflere, tüm alanları yeniden tanımlama yeteneğiyle yol açabileceğini gösteriyor. Tek bir dağınık ışını, onlarca güçlü ve stabil ışık kanalına dönüştürerek, ekip bir sonraki nesil optik sistemler için temel oluşturdu.

LiDAR’ı devrim niteliğinde değiştirmek ve kuantum cihazlarını küçültmekten, AI destekli veri merkezlerinin kapasitesini artırmaya kadar, bu teknoloji fotonik entegrasyonda büyük bir sıçrama temsil ediyor. Ve dünya daha hızlı, daha enerji verimli iletişim sistemlerine doğru ilerlerken, kompakt frekans kombosu çipleri geleceğin bilgi işlem altyapısının temeli olabilir.

Yapay zekaya yatırım hakkında her şeyi öğrenmek için buraya tıklayın.

Kaynaklar

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