Lược tần số quy mô chip cung cấp năng lượng cho tương lai dữ liệu

Các nhà nghiên cứu từ Columbia Engineering đã tạo ra một con chip mới có thể biến tia laser thành "lược tần số", tạo ra nhiều kênh ánh sáng mạnh cùng một lúc.

Bằng cách sử dụng cơ chế khóa đặc biệt, các nhà nghiên cứu đã làm sạch ánh sáng laser hỗn loạn và đạt được độ chính xác cấp phòng thí nghiệm trên một thiết bị silicon nhỏ. Thành tựu này có thể cải thiện đáng kể hiệu quả của trung tâm dữ liệu và thúc đẩy đổi mới trong công nghệ LiDAR, cảm biến và lượng tử.

Microcombs thu nhỏ độ chính xác cấp phòng thí nghiệm vào chip 

Các nhà nghiên cứu đã tạo ra thiết bị microcomb công suất cao để cải thiện công nghệ LiDAR (Phát hiện và đo khoảng cách bằng ánh sáng).

LiDAR là công nghệ cảm biến từ xa sử dụng ánh sáng laser xung để tính toán khoảng cách và tạo ra mô hình 3D độ phân giải cao về môi trường. Nó hoạt động giống như radar, nhưng sử dụng ánh sáng thay vì âm thanh.

Hệ thống phát ra các xung laser và tính toán thời gian phản hồi để đo khoảng cách chính xác đến các vật thể và theo dõi chuyển động theo thời gian thực.

Bao gồm một tia laser, một máy quét và một máy thu GPS chuyên dụng, một LiDAR Thiết bị này tạo ra một 'đám mây điểm' dữ liệu chi tiết, sau đó được sử dụng để tạo bản đồ 3D cho các ứng dụng như lái xe tự động, giám sát môi trường, khảo sát và khảo cổ học.

Công nghệ này được phát minh từ những năm 1960, ban đầu được ứng dụng trong khí tượng học, cảm biến đại dương và lập bản đồ địa hình, trước khi được NASA mở rộng ứng dụng vào không gian. Vào những năm 2010, ô tô thương mại bắt đầu sử dụng LiDAR, và kể từ đó, LiDAR ô tô đã trở nên rất phổ biến trên những chiếc xe điện cao cấp.

Với ứng dụng ngày càng tăng của LiDAR, các nhà nghiên cứu đã không ngừng nỗ lực cải tiến công nghệ. Nhiều cải tiến thú vị về công nghệ laser được tích hợp với quang học tiên tiến, cho phép thu nhỏ kích thước hơn nữa và hứa hẹn một tương lai lâu dài cho các hệ thống LiDAR.

Trọng tâm của các nhà nghiên cứu từ Trường Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng của Đại học Columbia là tìm ra cách để mở khóa công suất cao hơn và độ tinh khiết quang phổ từ các hệ thống laser nhỏ gọn để cho phép tạo ra lược tần số ở quy mô chip để nâng cao truyền thông, cảm biến, quang phổ, LiDAR và các ứng dụng quang tử tích hợp khác.

Vì vậy, họ đã tạo ra một microcomb, một thiết bị quang tử thu nhỏ tạo ra một loạt tần số quang học cách đều nhau, giống như răng của một chiếc lược, trên một con chip.

Những lược tần số thu nhỏ tích hợp này có khả năng giảm kích thước của các hệ thống phức tạp thường được yêu cầu cho các ứng dụng như vậy. Do đó, microcomb tích hợp có triển vọng cho nhiều ứng dụng đòi hỏi công suất đầu ra cao, diện tích nhỏ và hiệu quả cao, chẳng hạn như quang phổ, cảm biến và truyền dữ liệu.

Gần đây, các nhà nghiên cứu đã chứng minh được microcomb bơm điện thông qua việc tích hợp chip khuếch đại (phần tử quang bán dẫn) với bộ cộng hưởng hàng đầu. Tuy nhiên, tổng công suất quang của chúng vẫn thấp hơn nhiều so với nhu cầu thực tế.

Hạn chế này đã đã được giải quyết bởi các nhà nghiên cứu Columbia đã chứng minh được microcom tần số Kerr được bơm điện công suất cao. 

Từ Điốt 'Lộn xộn' đến Microcomb sạch sẽ

Điều thú vị là đây lại là một khám phá tình cờ. Một vài năm trước, các nhà nghiên cứu trong phòng thí nghiệm của đồng tác giả Michal Lipson, một Eugene Higgins Giáo sư Kỹ thuật Điện và giáo sư vật lý ứng dụng, đang thực hiện một dự án nhằm nâng cao khả năng của LiDAR khi họ nhận thấy một điều đáng kinh ngạc.

Họ đang thiết kế những con chip công suất cao có thể tạo ra các chùm ánh sáng mạnh hơn và "khi chúng tôi truyền ngày càng nhiều năng lượng qua con chip, chúng tôi nhận thấy rằng nó tạo ra thứ mà chúng tôi gọi là lược tần số", Andres Gil-Molina, cựu nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại phòng thí nghiệm của Lipson và hiện là kỹ sư chính tại Xscape Photonics cho biết.

Lược tần số là một quang phổ được tạo thành từ các vạch quang phổ rời rạc và đều đặn. Điều này có nghĩa là loại ánh sáng đặc biệt này chứa các màu sắc khác nhau được sắp xếp cạnh nhau một cách có trật tự, giống như bạn thấy trong cầu vồng.

Ở đây, hàng chục tần số ánh sáng tỏa sáng. Nhưng khoảng cách giữa các màu sắc hoặc tần số khác nhau này vẫn tối. Vì vậy, khi nhìn vào các tần số sáng khác nhau này trên quang phổ, chúng trông giống như các gai hoặc răng trên lược, do đó có tên như vậy.

Do các màu sắc ánh sáng khác nhau không ảnh hưởng lẫn nhau nên mỗi răng hoạt động như một kênh riêng, mang lại cơ hội tuyệt vời để gửi nhiều luồng dữ liệu cùng lúc.

Mặc dù cực kỳ có lợi, việc tạo ra một lược tần số mạnh mẽ đòi hỏi phải có tia laser và bộ khuếch đại lớn và đắt tiền. 

Xuất bản năm Thiên nhiên Photonics¹, bài báo trình bày chi tiết cách điều tương tự có thể được thực hiện trên một con chip duy nhất. 

Công nghệ chúng tôi phát triển sử dụng một tia laser cực mạnh và biến nó thành hàng chục kênh laser sạch, công suất cao trên một con chip. Điều này có nghĩa là bạn có thể thay thế hàng loạt các laser riêng lẻ bằng một thiết bị nhỏ gọn, giúp cắt giảm chi phí, tiết kiệm không gian và mở ra cánh cửa cho các hệ thống nhanh hơn, tiết kiệm năng lượng hơn nhiều.

– Gil-Molina

Nghiên cứu này không chỉ có thể đáp ứng nhu cầu to lớn của các trung tâm dữ liệu về nguồn sáng mạnh mẽ và hiệu quả có nhiều bước sóng mà còn đánh dấu một cột mốc trong sứ mệnh phát triển quang tử silicon của nhóm.

Được biết đến với khả năng truyền dữ liệu nhanh hơn đáng kể trong khi tiêu thụ ít điện năng hơn và tạo ra ít nhiệt hơn so với truyền thống mạch điện tử, quang tử silicon đã được ứng dụng trong các trung tâm dữ liệu tốc độ cao, AI, LiDAR, công nghệ lượng tử, IoT và 5G.

Photonics silicon tích hợp các thành phần dựa trên ánh sáng lên một chip silicon, sử dụng quy trình sản xuất CMOS tiêu chuẩn để tạo ra các mạch tích hợp quang tử (PIC). Công nghệ này sử dụng các tấm wafer silicon trên chất cách điện (SOI) làm nền tảng bán dẫn để tạo thành các ống dẫn sóng và các linh kiện khác giúp dẫn ánh sáng, mang lại khả năng truyền thông nhanh hơn, tiết kiệm năng lượng hơn và các thiết bị nhỏ gọn hơn, tiết kiệm chi phí hơn.

“Khi công nghệ này ngày càng trở nên quan trọng đối với cơ sở hạ tầng quan trọng và cuộc sống hàng ngày của chúng ta, thì loại tiến bộ này là cần thiết để đảm bảo các trung tâm dữ liệu đạt hiệu quả cao nhất có thể.”

– Lipson

Khóa tự phun làm sạch và nhân đôi ánh sáng như thế nào

Tia laser mạnh nhất có thể gắn vào chip là gì? Câu hỏi này đã dẫn dắt các nhà nghiên cứu đến bước đột phá của họ.

Nhóm nghiên cứu tại Đại học Columbia đã chọn diode laser đa chế độ. Diode laser (LD) là một thiết bị bán dẫn tạo ra ánh sáng đơn sắc ở một bước sóng cụ thể. Diode laser đa chế độ, hay còn gọi là laser diện rộng (BAL), cung cấp công suất đầu ra cao hơn và lý tưởng khi cần công suất quang học cao và chất lượng chùm tia không quá quan trọng.

Các thiết bị này tạo ra chùm tia rộng hơn, làm giảm chất lượng chùm tia nhưng làm tăng mật độ công suất. Điốt laser đa chế độ được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng như thiết bị y tế, in ấn và hình ảnh, và dụng cụ cắt laser. 

Mặc dù tạo ra một lượng ánh sáng khổng lồ, chùm tia laser này lại “hỗn loạn”, khiến việc sử dụng chúng cho các ứng dụng chính xác trở nên khó khăn. 

Tích hợp một diode laser đa chế độ vào một chip quang tử silicon, trong đó các đường dẫn ánh sáng chỉ rộng vừa phải vài micromet (μm) hoặc thậm chí hàng trăm nanomet (nm), tuy nhiên, đòi hỏi phải có kỹ thuật cẩn thận.

Để tinh chế nguồn sáng mạnh nhưng rất ồn này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng cơ chế khóa.

Khóa tự tiêm được sử dụng trong chế độ phi tuyến tính để tạo ra các lược công suất cao trên chip và làm tinh khiết tính nhất quán của nguồn bơm cùng một lúc.

Khóa tiêm là hiệu ứng tần số có thể xảy ra khi bộ dao động bị nhiễu bởi bộ dao động thứ hai hoạt động ở tần số gần đó. Khi tần số đủ gần và sự kết hợp mạnh mẽ, bộ dao động thứ hai có thể bắt được bộ dao động thứ nhất, khiến nó có tần số về cơ bản giống với bộ dao động thứ hai.

Kỹ thuật này chủ yếu được áp dụng cho các nguồn laser tần số đơn sóng liên tục (CW) khi cần công suất đầu ra cao, kết hợp với một tiếng ồn cường độ rất thấp và tiếng ồn pha.

Nó dựa vào photonic silicon để định hình lại và làm sạch đầu ra của tia laser, tạo ra chùm tia ổn định hơn và sạch hơn, được gọi là tính mạch lạc cao. Khi ánh sáng được tinh lọc, các đặc tính quang học phi tuyến tính của chip sẽ tiếp quản, phân tách chùm tia mạnh duy nhất thành hàng chục màu được cách đều nhau, đây là đặc điểm chính của lược tần số.

Nguồn sáng nhỏ gọn, hiệu suất cao kết hợp công suất thô của tia laser công nghiệp với độ ổn định và độ chính xác cần thiết cho truyền thông và cảm biến tiên tiến.

Nguồn có độ kết hợp thấp đã được tích hợp với công suất đầu ra cao và bộ cộng hưởng vòng silicon nitride. Các bộ cộng hưởng được thiết kế với sự phân tán vận tốc nhóm bình thường, có nghĩa là vận tốc giảm khi tần số quang học tăng. T xảy ra khi bước sóng ánh sáng dài hơn di chuyển nhanh hơn bước sóng ngắn hơn trong một môi trường, khiến các xung quang học lan tỏa theo thời gian.

Các microcomb do nhóm nghiên cứu tạo ra đạt tổng mức công suất trên chip lên đến 158 mW. Trong khi đó, các đường lược có độ rộng đường truyền nội tại là 200 kHz. Các nhà nghiên cứu cũng cho thấy số lượng các dòng lược nhiều hơn gấp đôi vượt qua 100 μW và cao hơn một bậc độ lớn mức công suất trên chip cao hơn bất kỳ kết quả nào đã báo cáo trước đây.

Các nhà nghiên cứu cho biết:

“Nguồn microcomb bơm điện mới của chúng tôi có kích thước, công suất và độ rộng đường truyền cần thiết cho truyền thông dữ liệu và có thể tác động mạnh mẽ đến các lĩnh vực khác như điện toán hiệu suất cao và các thiết bị phổ biến cho ứng dụng cảm biến quang phổ và đo thời gian.” 

Sự đột phá đến vào thời điểm khi sự bùng nổ của AI đang gây ra sự gia tăng đột biến về nhu cầu năng lực của trung tâm dữ liệu. T đang gây áp lực lên cơ sở hạ tầng của họ, khiến họ gặp khó khăn trong việc truyền tải thông tin nhanh chóng. Do đó, các công ty đang xây dựng cơ sở hạ tầng chuyên biệt về AI để xử lý các yêu cầu tính toán khổng lồ cho việc đào tạo và vận hành các mô hình AI lớn. 

Đã có chất xơ liên kết quang học là đang được sử dụng bằng các trung tâm dữ liệu tiên tiến để vận chuyển dữ liệu, nhưng ngay cả chúng cũng phụ thuộc vào tia laser bước sóng đơn.

Bằng cách có hàng chục chùm tia chạy song song thông qua giống nhau sợi quang đơn, thay vì một chùm tia chỉ mang một luồng dữ liệu, lược tần số có thể cải thiện đáng kể khả năng của các trung tâm dữ liệu.

Nguyên lý tương tự này cũng nằm sau WDM, hay ghép kênh phân chia theo bước sóng, công nghệ sợi quang gửi nhiều luồng dữ liệu đồng thời qua một sợi quang duy nhất bằng cách chỉ định cho mỗi luồng một bước sóng ánh sáng duy nhất, làm tăng đáng kể dung lượng dữ liệu và cho phép băng thông cao hơn. WDM đã giúp internet trở thành mạng lưới tốc độ cao toàn cầu vào cuối những năm 1990.

Hiện nay, nhóm của Lipson đang chế tạo những chiếc lược đa bước sóng công suất cao nhưng nhỏ đến mức có thể gắn trực tiếp vào chip. Thành tựu này sẽ làm cho nó có thể giới thiệu khả năng này vào những các bộ phận của hệ thống máy tính hiện đại nhỏ gọn và đắt tiền.

Theo cách này, các con chip có thể thay đổi cách thức hoạt động của các trung tâm dữ liệu bằng cách hợp lý hóa cách thức thông tin được truyền và xử lý, ảnh hưởng Thiết kế trung tâm dữ liệu thế hệ tiếp theo và nhiều thiết bị khác phụ thuộc vào truyền thông quang học hiệu quả. Chính những con chip này cũng có thể hỗ trợ các hệ thống LiDAR tiên tiến, thiết bị lượng tử nhỏ gọn, đồng hồ quang học cực kỳ chính xác và máy quang phổ cầm tay.

“Đây là việc đưa các nguồn sáng đạt chuẩn phòng thí nghiệm vào các thiết bị thực tế. Nếu bạn có thể chế tạo chúng đủ mạnh, hiệu quả và nhỏ gọn, bạn có thể đặt chúng ở hầu hết mọi nơi.”

– Gil-Molina

Vuốt để cuộn →

Đầu tư vào công nghệ Laser

Một công ty hàng đầu thế giới về công nghệ quang tử và laser, Công ty mạch lạc (COHR ) sản xuất điốt laser bán dẫn và các linh kiện quang học hiệu suất cao.

Với hoạt động kinh doanh cốt lõi xoay quanh việc phát triển và sản xuất các giải pháp dựa trên quang tử, vốn rất quan trọng trong thời đại máy tính và truyền dữ liệu tiên tiến ngày nay, Coherent đã khẳng định mình là một thế lực thống trị trong ngành truyền thông quang học và chiếm lĩnh thị phần lớn. 

Các phân khúc của công ty bao gồm Mạng lưới, tận dụng công nghệ bán dẫn hợp chất để cung cấp các thành phần và hệ thống con, Vật liệu bao gồm các thiết bị quang điện tử như các thiết bị dựa trên silicon carbide (SiC), gallium antimonide (GaSb), gallium arsenide (GaAs), indium phosphide (InP), kẽm selenide (ZnSe) và kẽm sulfide (ZnS), và phân khúc Laser phục vụ khách hàng công nghiệp trong lĩnh vực bán dẫn, sản xuất chính xác, hàng không vũ trụ & quốc phòng, cùng các khách hàng khác thông qua các sản phẩm laser và quang học của công ty.

Công ty mạch lạc (COHR )

Với nhiều sản phẩm quang tử tiên tiến, Coherent có thể cung cấp các giải pháp tùy chỉnh và trọn gói cho khách hàng cũng như đáp ứng nhu cầu mở rộng cơ sở hạ tầng AI.

Tập trung chiến lược vào thị trường AI giúp Coherent trở thành đơn vị hưởng lợi lớn từ sự tăng trưởng liên tục của AI. T là một sự bổ sung cho nhu cầu ngày càng tăng về các linh kiện quang học hiệu suất cao. Nhưng đồng thời, công ty cũng phải đối mặt với những thách thức từ sự cạnh tranh ngày càng gia tăng trong cả lĩnh vực AI và truyền thông quang học.

Khi nó đến Hiệu suất thị trường của Coherent đang trong giai đoạn tăng giá, nhiều như thị trường chứng khoán rộng lớn. Tăng 29.16% trong năm nay cho đến thời điểm viết bài, cổ phiếu COHR hiện đang giao dịch ở mức 123.70 đô la - mức cao nhất mọi thời đại (ATH) mới đưa vốn hóa thị trường của công ty lên mức 19.20 tỷ đô la.

Vào tháng 4, cổ phiếu COHR đã giảm xuống còn 50 đô la khi thị trường chứng khoán trải qua một đợt điều chỉnh, và kể từ khi khi đó, cổ phiếu của Coherent đã tăng khoảng 146%. Và chỉ hai năm trước, COHR được giao dịch dưới 30 đô la, thể hiện sự phục hồi mạnh mẽ.

Với điều đó, công ty đang mang lại EPS (TTM) là -0.62 và P/E (TTM) là -198.72.

Về tình hình tài chính của Coherent, công ty đã báo cáo doanh thu kỷ lục là 1.53 tỷ đô la trong quý IV kết thúc vào ngày 30 tháng 6 năm 2025. Biên lợi nhuận gộp theo GAAP trong kỳ là 35.7% và lỗ ròng theo GAAP là 0.83 đô la cho mỗi cổ phiếu pha loãng, trong khi trên cơ sở không theo GAAP, biên lợi nhuận gộp của công ty là 38.1% và thu nhập ròng trên mỗi cổ phiếu pha loãng là 1.00 đô la.

Trong toàn bộ năm tài chính 2025, doanh thu của công ty cũng đạt mức kỷ lục 5.81 tỷ đô la. Biên lợi nhuận gộp theo GAAP là 35.2% và lỗ ròng theo GAAP là 0.52 đô la trên mỗi cổ phiếu pha loãng, trong khi biên lợi nhuận gộp không theo GAAP là 37.9% và thu nhập ròng trên mỗi cổ phiếu pha loãng là 3.53 đô la.

Theo CEO Jim Anderson:

“Chúng tôi đã đạt được kết quả kinh doanh năm 2025 mạnh mẽ với mức tăng trưởng doanh thu 23% và EPS phi GAAP tăng trưởng 191%. Chúng tôi tin rằng chúng tôi có vị thế tốt để tiếp tục thúc đẩy tăng trưởng doanh thu và lợi nhuận mạnh mẽ trong dài hạn nhờ vào các động lực tăng trưởng chính như trung tâm dữ liệu AI.”

Trong quý này, công ty đã bắt đầu xuất xưởng các sản phẩm máy thu phát 1.6T, hỗ trợ các ứng dụng trung tâm dữ liệu AI hiệu suất cao. Một vật liệu composite kim cương SiC mới cũng đã được giới thiệu để làm mát tiên tiến cho các trung tâm dữ liệu này.

Hơn nữa, Coherent đã có doanh thu đầu tiên từ Optical Circuit Switch (OCS) và giới thiệu nền tảng laser excimer đó là cập nhật để sản xuất băng siêu dẫn ở nhiệt độ cao cho năng lượng mới nổi công nghệ cao, giống như phản ứng tổng hợp. 

Trong vài tuần qua, Coherent đã phát hành một số sản phẩm mới, bao gồm toàn bộ dòng IC bốn kênh cho phép sử dụng bộ thu phát quang hiệu quả hơn và nhanh hơn cho AI và đám mây, giải pháp QSFP28 Dual Laser 100G ZR đầu tiên trong ngành để tối đa hóa công suất trên cơ sở hạ tầng cáp quang hiện có và laser sóng liên tục công suất cao 400 mW để đáp ứng các yêu cầu khắt khe của các ứng dụng quang học đóng gói chung và photonic silicon.

Gần đây, Coherent đã trình diễn mảng VCSEL 2D và quang điốt (PD) thế hệ tiếp theo để giải quyết nhu cầu lưu lượng dữ liệu tăng cao trong các trung tâm dữ liệu hiện đại.

Vài tuần trước, Coherent đã đưa ra các sửa đổi, bao gồm tái cấp vốn cho các cam kết tín dụng luân chuyển hiện có và tăng tổng hạn mức lên 700 triệu đô la, vào Thỏa thuận tín dụng của mình với Ngân hàng JPMorgan Chase (JPM ) và các bên cho vay khác, cải thiện tính thanh khoản và tính linh hoạt về tài chính của công ty để hỗ trợ hoạt động và tăng trưởng.

Kết luận

Đại học Columbia có thực hiện một kỹ thuật thành tích, hiển thị những khoảnh khắc bất ngờ trong khoa học có thể dẫn đến thậm chí còn lớn hơn và tốt hơn những khám phá với khả năng để xác định lại toàn bộ các lĩnh vực. Bằng cách chuyển đổi một chùm tia hỗn loạn thành hàng chục kênh ánh sáng mạnh mẽ, ổn định,Nhóm nghiên cứu đã đặt nền móng cho thế hệ hệ thống quang học tiếp theo.

Từ cách mạng hóa LiDAR và thu nhỏ các thiết bị lượng tử Để tăng cường năng lực của các trung tâm dữ liệu do AI điều khiển, công nghệ này đại diện cho một bước tiến lớn trong tích hợp quang tử. Và khi thế giới đang hướng tới các hệ thống truyền thông nhanh hơn, tiết kiệm năng lượng hơn, các thiết bị nhỏ gọnChip lược tần số có thể hình thành nền tảng cho cơ sở hạ tầng máy tính trong tương lai.

Nhấn vào đây để tìm hiểu tất cả về đầu tư vào trí tuệ nhân tạo.

dự án

1. Gil-Molina, A., Antman, Y., Westreich, O., và cộng sự (2025). Microcomb bơm điện công suất cao. Nature Photonics, 19(10), 873–879. Xuất bản ngày 7 tháng 10 năm 2025. https://doi.org/10.1038/s41566-025-01769-z

Các nhà nghiên cứu từ Columbia Engineering đã tạo ra một con chip mới có thể biến tia laser thành "lược tần số", tạo ra nhiều kênh ánh sáng mạnh cùng một lúc.

Bằng cách sử dụng cơ chế khóa đặc biệt, các nhà nghiên cứu đã làm sạch ánh sáng laser hỗn loạn và đạt được độ chính xác cấp phòng thí nghiệm trên một thiết bị silicon nhỏ. Thành tựu này có thể cải thiện đáng kể hiệu quả của trung tâm dữ liệu và thúc đẩy đổi mới trong công nghệ LiDAR, cảm biến và lượng tử.

Microcombs thu nhỏ độ chính xác cấp phòng thí nghiệm vào chip 

Các nhà nghiên cứu đã tạo ra thiết bị microcomb công suất cao để cải thiện công nghệ LiDAR (Phát hiện và đo khoảng cách bằng ánh sáng).

LiDAR là công nghệ cảm biến từ xa sử dụng ánh sáng laser xung để tính toán khoảng cách và tạo ra mô hình 3D độ phân giải cao về môi trường. Nó hoạt động giống như radar, nhưng sử dụng ánh sáng thay vì âm thanh.

Hệ thống phát ra các xung laser và tính toán thời gian phản hồi để đo khoảng cách chính xác đến các vật thể và theo dõi chuyển động theo thời gian thực.

Bao gồm một tia laser, một máy quét và một máy thu GPS chuyên dụng, một LiDAR Thiết bị này tạo ra một 'đám mây điểm' dữ liệu chi tiết, sau đó được sử dụng để tạo bản đồ 3D cho các ứng dụng như lái xe tự động, giám sát môi trường, khảo sát và khảo cổ học.

Công nghệ này được phát minh từ những năm 1960, ban đầu được ứng dụng trong khí tượng học, cảm biến đại dương và lập bản đồ địa hình, trước khi được NASA mở rộng ứng dụng vào không gian. Vào những năm 2010, ô tô thương mại bắt đầu sử dụng LiDAR, và kể từ đó, LiDAR ô tô đã trở nên rất phổ biến trên những chiếc xe điện cao cấp.

Với ứng dụng ngày càng tăng của LiDAR, các nhà nghiên cứu đã không ngừng nỗ lực cải tiến công nghệ. Nhiều cải tiến thú vị về công nghệ laser được tích hợp với quang học tiên tiến, cho phép thu nhỏ kích thước hơn nữa và hứa hẹn một tương lai lâu dài cho các hệ thống LiDAR.

Trọng tâm của các nhà nghiên cứu từ Trường Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng của Đại học Columbia là tìm ra cách để mở khóa công suất cao hơn và độ tinh khiết quang phổ từ các hệ thống laser nhỏ gọn để cho phép tạo ra lược tần số ở quy mô chip để nâng cao truyền thông, cảm biến, quang phổ, LiDAR và các ứng dụng quang tử tích hợp khác.

Vì vậy, họ đã tạo ra một microcomb, một thiết bị quang tử thu nhỏ tạo ra một loạt tần số quang học cách đều nhau, giống như răng của một chiếc lược, trên một con chip.

Những lược tần số thu nhỏ tích hợp này có khả năng giảm kích thước của các hệ thống phức tạp thường được yêu cầu cho các ứng dụng như vậy. Do đó, microcomb tích hợp có triển vọng cho nhiều ứng dụng đòi hỏi công suất đầu ra cao, diện tích nhỏ và hiệu quả cao, chẳng hạn như quang phổ, cảm biến và truyền dữ liệu.

Gần đây, các nhà nghiên cứu đã chứng minh được microcomb bơm điện thông qua việc tích hợp chip khuếch đại (phần tử quang bán dẫn) với bộ cộng hưởng hàng đầu. Tuy nhiên, tổng công suất quang của chúng vẫn thấp hơn nhiều so với nhu cầu thực tế.

Hạn chế này đã đã được giải quyết bởi các nhà nghiên cứu Columbia đã chứng minh được microcom tần số Kerr được bơm điện công suất cao. 

Từ Điốt 'Lộn xộn' đến Microcomb sạch sẽ

Điều thú vị là đây lại là một khám phá tình cờ. Một vài năm trước, các nhà nghiên cứu trong phòng thí nghiệm của đồng tác giả Michal Lipson, một Eugene Higgins Giáo sư Kỹ thuật Điện và giáo sư vật lý ứng dụng, đang thực hiện một dự án nhằm nâng cao khả năng của LiDAR khi họ nhận thấy một điều đáng kinh ngạc.

Họ đang thiết kế những con chip công suất cao có thể tạo ra các chùm ánh sáng mạnh hơn và "khi chúng tôi truyền ngày càng nhiều năng lượng qua con chip, chúng tôi nhận thấy rằng nó tạo ra thứ mà chúng tôi gọi là lược tần số", Andres Gil-Molina, cựu nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại phòng thí nghiệm của Lipson và hiện là kỹ sư chính tại Xscape Photonics cho biết.

Lược tần số là một quang phổ được tạo thành từ các vạch quang phổ rời rạc và đều đặn. Điều này có nghĩa là loại ánh sáng đặc biệt này chứa các màu sắc khác nhau được sắp xếp cạnh nhau một cách có trật tự, giống như bạn thấy trong cầu vồng.

Ở đây, hàng chục tần số ánh sáng tỏa sáng. Nhưng khoảng cách giữa các màu sắc hoặc tần số khác nhau này vẫn tối. Vì vậy, khi nhìn vào các tần số sáng khác nhau này trên quang phổ, chúng trông giống như các gai hoặc răng trên lược, do đó có tên như vậy.

Do các màu sắc ánh sáng khác nhau không ảnh hưởng lẫn nhau nên mỗi răng hoạt động như một kênh riêng, mang lại cơ hội tuyệt vời để gửi nhiều luồng dữ liệu cùng lúc.

Mặc dù cực kỳ có lợi, việc tạo ra một lược tần số mạnh mẽ đòi hỏi phải có tia laser và bộ khuếch đại lớn và đắt tiền. 

Xuất bản năm Thiên nhiên Photonics¹, bài báo trình bày chi tiết cách điều tương tự có thể được thực hiện trên một con chip duy nhất. 

Công nghệ chúng tôi phát triển sử dụng một tia laser cực mạnh và biến nó thành hàng chục kênh laser sạch, công suất cao trên một con chip. Điều này có nghĩa là bạn có thể thay thế hàng loạt các laser riêng lẻ bằng một thiết bị nhỏ gọn, giúp cắt giảm chi phí, tiết kiệm không gian và mở ra cánh cửa cho các hệ thống nhanh hơn, tiết kiệm năng lượng hơn nhiều.

– Gil-Molina

Nghiên cứu này không chỉ có thể đáp ứng nhu cầu to lớn của các trung tâm dữ liệu về nguồn sáng mạnh mẽ và hiệu quả có nhiều bước sóng mà còn đánh dấu một cột mốc trong sứ mệnh phát triển quang tử silicon của nhóm.

Được biết đến với khả năng truyền dữ liệu nhanh hơn đáng kể trong khi tiêu thụ ít điện năng hơn và tạo ra ít nhiệt hơn so với truyền thống mạch điện tử, quang tử silicon đã được ứng dụng trong các trung tâm dữ liệu tốc độ cao, AI, LiDAR, công nghệ lượng tử, IoT và 5G.

Photonics silicon tích hợp các thành phần dựa trên ánh sáng lên một chip silicon, sử dụng quy trình sản xuất CMOS tiêu chuẩn để tạo ra các mạch tích hợp quang tử (PIC). Công nghệ này sử dụng các tấm wafer silicon trên chất cách điện (SOI) làm nền tảng bán dẫn để tạo thành các ống dẫn sóng và các linh kiện khác giúp dẫn ánh sáng, mang lại khả năng truyền thông nhanh hơn, tiết kiệm năng lượng hơn và các thiết bị nhỏ gọn hơn, tiết kiệm chi phí hơn.

“Khi công nghệ này ngày càng trở nên quan trọng đối với cơ sở hạ tầng quan trọng và cuộc sống hàng ngày của chúng ta, thì loại tiến bộ này là cần thiết để đảm bảo các trung tâm dữ liệu đạt hiệu quả cao nhất có thể.”

– Lipson

Khóa tự phun làm sạch và nhân đôi ánh sáng như thế nào

Tia laser mạnh nhất có thể gắn vào chip là gì? Câu hỏi này đã dẫn dắt các nhà nghiên cứu đến bước đột phá của họ.

Nhóm nghiên cứu tại Đại học Columbia đã chọn diode laser đa chế độ. Diode laser (LD) là một thiết bị bán dẫn tạo ra ánh sáng đơn sắc ở một bước sóng cụ thể. Diode laser đa chế độ, hay còn gọi là laser diện rộng (BAL), cung cấp công suất đầu ra cao hơn và lý tưởng khi cần công suất quang học cao và chất lượng chùm tia không quá quan trọng.

Các thiết bị này tạo ra chùm tia rộng hơn, làm giảm chất lượng chùm tia nhưng làm tăng mật độ công suất. Điốt laser đa chế độ được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng như thiết bị y tế, in ấn và hình ảnh, và dụng cụ cắt laser. 

Mặc dù tạo ra một lượng ánh sáng khổng lồ, chùm tia laser này lại “hỗn loạn”, khiến việc sử dụng chúng cho các ứng dụng chính xác trở nên khó khăn. 

Tích hợp một diode laser đa chế độ vào một chip quang tử silicon, trong đó các đường dẫn ánh sáng chỉ rộng vừa phải vài micromet (μm) hoặc thậm chí hàng trăm nanomet (nm), tuy nhiên, đòi hỏi phải có kỹ thuật cẩn thận.

Để tinh chế nguồn sáng mạnh nhưng rất ồn này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng cơ chế khóa.

Khóa tự tiêm được sử dụng trong chế độ phi tuyến tính để tạo ra các lược công suất cao trên chip và làm tinh khiết tính nhất quán của nguồn bơm cùng một lúc.

Khóa tiêm là hiệu ứng tần số có thể xảy ra khi bộ dao động bị nhiễu bởi bộ dao động thứ hai hoạt động ở tần số gần đó. Khi tần số đủ gần và sự kết hợp mạnh mẽ, bộ dao động thứ hai có thể bắt được bộ dao động thứ nhất, khiến nó có tần số về cơ bản giống với bộ dao động thứ hai.

Kỹ thuật này chủ yếu được áp dụng cho các nguồn laser tần số đơn sóng liên tục (CW) khi cần công suất đầu ra cao, kết hợp với một tiếng ồn cường độ rất thấp và tiếng ồn pha.

Nó dựa vào photonic silicon để định hình lại và làm sạch đầu ra của tia laser, tạo ra chùm tia ổn định hơn và sạch hơn, được gọi là tính mạch lạc cao. Khi ánh sáng được tinh lọc, các đặc tính quang học phi tuyến tính của chip sẽ tiếp quản, phân tách chùm tia mạnh duy nhất thành hàng chục màu được cách đều nhau, đây là đặc điểm chính của lược tần số.

Nguồn sáng nhỏ gọn, hiệu suất cao kết hợp công suất thô của tia laser công nghiệp với độ ổn định và độ chính xác cần thiết cho truyền thông và cảm biến tiên tiến.

Nguồn có độ kết hợp thấp đã được tích hợp với công suất đầu ra cao và bộ cộng hưởng vòng silicon nitride. Các bộ cộng hưởng được thiết kế với sự phân tán vận tốc nhóm bình thường, có nghĩa là vận tốc giảm khi tần số quang học tăng. T xảy ra khi bước sóng ánh sáng dài hơn di chuyển nhanh hơn bước sóng ngắn hơn trong một môi trường, khiến các xung quang học lan tỏa theo thời gian.

Các microcomb do nhóm nghiên cứu tạo ra đạt tổng mức công suất trên chip lên đến 158 mW. Trong khi đó, các đường lược có độ rộng đường truyền nội tại là 200 kHz. Các nhà nghiên cứu cũng cho thấy số lượng các dòng lược nhiều hơn gấp đôi vượt qua 100 μW và cao hơn một bậc độ lớn mức công suất trên chip cao hơn bất kỳ kết quả nào đã báo cáo trước đây.

Các nhà nghiên cứu cho biết:

“Nguồn microcomb bơm điện mới của chúng tôi có kích thước, công suất và độ rộng đường truyền cần thiết cho truyền thông dữ liệu và có thể tác động mạnh mẽ đến các lĩnh vực khác như điện toán hiệu suất cao và các thiết bị phổ biến cho ứng dụng cảm biến quang phổ và đo thời gian.” 

Sự đột phá đến vào thời điểm khi sự bùng nổ của AI đang gây ra sự gia tăng đột biến về nhu cầu năng lực của trung tâm dữ liệu. T đang gây áp lực lên cơ sở hạ tầng của họ, khiến họ gặp khó khăn trong việc truyền tải thông tin nhanh chóng. Do đó, các công ty đang xây dựng cơ sở hạ tầng chuyên biệt về AI để xử lý các yêu cầu tính toán khổng lồ cho việc đào tạo và vận hành các mô hình AI lớn. 

Đã có chất xơ liên kết quang học là đang được sử dụng bằng các trung tâm dữ liệu tiên tiến để vận chuyển dữ liệu, nhưng ngay cả chúng cũng phụ thuộc vào tia laser bước sóng đơn.

Bằng cách có hàng chục chùm tia chạy song song thông qua giống nhau sợi quang đơn, thay vì một chùm tia chỉ mang một luồng dữ liệu, lược tần số có thể cải thiện đáng kể khả năng của các trung tâm dữ liệu.

Nguyên lý tương tự này cũng nằm sau WDM, hay ghép kênh phân chia theo bước sóng, công nghệ sợi quang gửi nhiều luồng dữ liệu đồng thời qua một sợi quang duy nhất bằng cách chỉ định cho mỗi luồng một bước sóng ánh sáng duy nhất, làm tăng đáng kể dung lượng dữ liệu và cho phép băng thông cao hơn. WDM đã giúp internet trở thành mạng lưới tốc độ cao toàn cầu vào cuối những năm 1990.

Hiện nay, nhóm của Lipson đang chế tạo những chiếc lược đa bước sóng công suất cao nhưng nhỏ đến mức có thể gắn trực tiếp vào chip. Thành tựu này sẽ làm cho nó có thể giới thiệu khả năng này vào những các bộ phận của hệ thống máy tính hiện đại nhỏ gọn và đắt tiền.

Theo cách này, các con chip có thể thay đổi cách thức hoạt động của các trung tâm dữ liệu bằng cách hợp lý hóa cách thức thông tin được truyền và xử lý, ảnh hưởng Thiết kế trung tâm dữ liệu thế hệ tiếp theo và nhiều thiết bị khác phụ thuộc vào truyền thông quang học hiệu quả. Chính những con chip này cũng có thể hỗ trợ các hệ thống LiDAR tiên tiến, thiết bị lượng tử nhỏ gọn, đồng hồ quang học cực kỳ chính xác và máy quang phổ cầm tay.

“Đây là việc đưa các nguồn sáng đạt chuẩn phòng thí nghiệm vào các thiết bị thực tế. Nếu bạn có thể chế tạo chúng đủ mạnh, hiệu quả và nhỏ gọn, bạn có thể đặt chúng ở hầu hết mọi nơi.”

– Gil-Molina

Vuốt để cuộn →

Đầu tư vào công nghệ Laser

Một công ty hàng đầu thế giới về công nghệ quang tử và laser, Công ty mạch lạc (COHR ) sản xuất điốt laser bán dẫn và các linh kiện quang học hiệu suất cao.

Với hoạt động kinh doanh cốt lõi xoay quanh việc phát triển và sản xuất các giải pháp dựa trên quang tử, vốn rất quan trọng trong thời đại máy tính và truyền dữ liệu tiên tiến ngày nay, Coherent đã khẳng định mình là một thế lực thống trị trong ngành truyền thông quang học và chiếm lĩnh thị phần lớn. 

Các phân khúc của công ty bao gồm Mạng lưới, tận dụng công nghệ bán dẫn hợp chất để cung cấp các thành phần và hệ thống con, Vật liệu bao gồm các thiết bị quang điện tử như các thiết bị dựa trên silicon carbide (SiC), gallium antimonide (GaSb), gallium arsenide (GaAs), indium phosphide (InP), kẽm selenide (ZnSe) và kẽm sulfide (ZnS), và phân khúc Laser phục vụ khách hàng công nghiệp trong lĩnh vực bán dẫn, sản xuất chính xác, hàng không vũ trụ & quốc phòng, cùng các khách hàng khác thông qua các sản phẩm laser và quang học của công ty.

Công ty mạch lạc (COHR )

Với nhiều sản phẩm quang tử tiên tiến, Coherent có thể cung cấp các giải pháp tùy chỉnh và trọn gói cho khách hàng cũng như đáp ứng nhu cầu mở rộng cơ sở hạ tầng AI.

Tập trung chiến lược vào thị trường AI giúp Coherent trở thành đơn vị hưởng lợi lớn từ sự tăng trưởng liên tục của AI. T là một sự bổ sung cho nhu cầu ngày càng tăng về các linh kiện quang học hiệu suất cao. Nhưng đồng thời, công ty cũng phải đối mặt với những thách thức từ sự cạnh tranh ngày càng gia tăng trong cả lĩnh vực AI và truyền thông quang học.

Khi nó đến Hiệu suất thị trường của Coherent đang trong giai đoạn tăng giá, nhiều như thị trường chứng khoán rộng lớn. Tăng 29.16% trong năm nay cho đến thời điểm viết bài, cổ phiếu COHR hiện đang giao dịch ở mức 123.70 đô la - mức cao nhất mọi thời đại (ATH) mới đưa vốn hóa thị trường của công ty lên mức 19.20 tỷ đô la.

Vào tháng 4, cổ phiếu COHR đã giảm xuống còn 50 đô la khi thị trường chứng khoán trải qua một đợt điều chỉnh, và kể từ khi khi đó, cổ phiếu của Coherent đã tăng khoảng 146%. Và chỉ hai năm trước, COHR được giao dịch dưới 30 đô la, thể hiện sự phục hồi mạnh mẽ.

Với điều đó, công ty đang mang lại EPS (TTM) là -0.62 và P/E (TTM) là -198.72.

Về tình hình tài chính của Coherent, công ty đã báo cáo doanh thu kỷ lục là 1.53 tỷ đô la trong quý IV kết thúc vào ngày 30 tháng 6 năm 2025. Biên lợi nhuận gộp theo GAAP trong kỳ là 35.7% và lỗ ròng theo GAAP là 0.83 đô la cho mỗi cổ phiếu pha loãng, trong khi trên cơ sở không theo GAAP, biên lợi nhuận gộp của công ty là 38.1% và thu nhập ròng trên mỗi cổ phiếu pha loãng là 1.00 đô la.

Trong toàn bộ năm tài chính 2025, doanh thu của công ty cũng đạt mức kỷ lục 5.81 tỷ đô la. Biên lợi nhuận gộp theo GAAP là 35.2% và lỗ ròng theo GAAP là 0.52 đô la trên mỗi cổ phiếu pha loãng, trong khi biên lợi nhuận gộp không theo GAAP là 37.9% và thu nhập ròng trên mỗi cổ phiếu pha loãng là 3.53 đô la.

Theo CEO Jim Anderson:

“Chúng tôi đã đạt được kết quả kinh doanh năm 2025 mạnh mẽ với mức tăng trưởng doanh thu 23% và EPS phi GAAP tăng trưởng 191%. Chúng tôi tin rằng chúng tôi có vị thế tốt để tiếp tục thúc đẩy tăng trưởng doanh thu và lợi nhuận mạnh mẽ trong dài hạn nhờ vào các động lực tăng trưởng chính như trung tâm dữ liệu AI.”

Trong quý này, công ty đã bắt đầu xuất xưởng các sản phẩm máy thu phát 1.6T, hỗ trợ các ứng dụng trung tâm dữ liệu AI hiệu suất cao. Một vật liệu composite kim cương SiC mới cũng đã được giới thiệu để làm mát tiên tiến cho các trung tâm dữ liệu này.

Hơn nữa, Coherent đã chứng kiến ​​doanh thu đầu tiên từ Công nghệ chuyển mạch quang (OCS) và giới thiệu nền tảng laser excimer đã được cập nhật để sản xuất băng siêu dẫn ở nhiệt độ cao cho năng lượng mới nổi công nghệ cao, giống như phản ứng tổng hợp. 

Trong vài tuần qua, Coherent đã phát hành một số sản phẩm mới, bao gồm toàn bộ dòng IC bốn kênh cho phép sử dụng bộ thu phát quang hiệu quả hơn và nhanh hơn cho AI và đám mây, giải pháp QSFP28 Dual Laser 100G ZR đầu tiên trong ngành để tối đa hóa công suất trên cơ sở hạ tầng cáp quang hiện có và laser sóng liên tục công suất cao 400 mW để đáp ứng các yêu cầu khắt khe của các ứng dụng quang học đóng gói chung và photonic silicon.

Gần đây, Coherent đã trình diễn mảng VCSEL 2D và quang điốt (PD) thế hệ tiếp theo để giải quyết nhu cầu lưu lượng dữ liệu tăng cao trong các trung tâm dữ liệu hiện đại.

Vài tuần trước, Coherent đã đưa ra các sửa đổi, bao gồm tái cấp vốn cho các cam kết tín dụng luân chuyển hiện có và tăng tổng hạn mức lên 700 triệu đô la, vào Thỏa thuận tín dụng của mình với Ngân hàng JPMorgan Chase (JPM ) và các bên cho vay khác, cải thiện tính thanh khoản và tính linh hoạt về tài chính của công ty để hỗ trợ hoạt động và tăng trưởng.

Kết luận

Đại học Columbia có thực hiện một kỹ thuật thành tích, hiển thị những khoảnh khắc bất ngờ trong khoa học có thể dẫn đến thậm chí còn lớn hơn và tốt hơn những khám phá với khả năng để xác định lại toàn bộ các lĩnh vực. Bằng cách chuyển đổi một chùm tia hỗn loạn thành hàng chục kênh ánh sáng mạnh mẽ, ổn định,Nhóm nghiên cứu đã đặt nền móng cho thế hệ hệ thống quang học tiếp theo.

Từ cách mạng hóa LiDAR và thu nhỏ các thiết bị lượng tử Để tăng cường năng lực của các trung tâm dữ liệu do AI điều khiển, công nghệ này đại diện cho một bước tiến lớn trong tích hợp quang tử. Và khi thế giới đang hướng tới các hệ thống truyền thông nhanh hơn, tiết kiệm năng lượng hơn, các thiết bị nhỏ gọnChip lược tần số có thể hình thành nền tảng cho cơ sở hạ tầng máy tính trong tương lai.

Nhấn vào đây để tìm hiểu tất cả về đầu tư vào trí tuệ nhân tạo.

dự án

1. Gil-Molina, A., Antman, Y., Westreich, O., và cộng sự (2025). Microcomb bơm điện công suất cao. Nature Photonics, 19(10), 873–879. Xuất bản ngày 7 tháng 10 năm 2025. https://doi.org/10.1038/s41566-025-01769-z