Alles wat je moet weten over geïntegreerde fotonica

Nederland kan een leidende positie veroveren op de markt voor geïntegreerde fotonica, een baanbrekende technologie waarbij elektronica en lichttechniek samensmelten. Er wordt gewerkt aan revolutionaire chips die nauwkeurig, snel en betrouwbaar lichtsignalen verwerken.

Fotonische chips werken met licht in plaats van met elektriciteit. Optische communicatie maakt deze nieuwe generatie chips tot 1000 keer sneller. Anders dan elektronen ondervinden fotonen namelijk geen weerstand. Ze produceren geen warmte wat heel veel energieverbruik scheelt. Vooral voor datacenters, die zo veel energie opslurpen dat de gemeente Amsterdam nog maar heel beperkt bouwvergunningen verleent, is dit een enorme uitkomst. Een datacenter is eigenlijk een laptop in het groot en bij de verwerking van data komt veel warmte vrij waardoor koeling nodig is.


Technology book

Technology book

Kom alles te weten over de laatste tech-trends die uw bedrijf en de samenleving veranderen. Download gratis het Technology Book van KPN

Internet

27 mrt 2019

Licht als motor voor innovatie

Licht is daarom te beschouwen als dé motor voor innovatie. Als het een beetje meezit, kunnen over ruim 5 jaar zeker 25 geïntegreerde fotonicabedrijven zijn opgericht met een gezamenlijke omzet van 1 miljard euro en 4000 arbeidsplaatsen. Het publiek-private samenwerkingsverband PhotonDelta heeft die ambitie een kleine twee jaar geleden uitgesproken, waarna het kabinet zich achter de plannen schaarde. 

De wetenschappelijke kennis hiervoor is volop aanwezig. Met name in Eindhoven, de bakermat van deze veelbelovende technologie, houden veel onderzoekers zich met fotonica bezig. Nu is het bedrijfsleven aan zet om deze kansen te verzilveren. Vooral startups, veelal gelieerd aan de technische universiteiten van Eindhoven, Delft en Twente, staan klaar om de vruchten te plukken.  

Smart Photonics

Nederland is goed gepositioneerd, met partijen en competenties over de gehele breedte van de keten. We zijn sterk in onderzoek, ontwikkeling, chipproductie, modules en systemen alsmede de (eind)markt. Sinds Christiaan Huygens in 1690 optische instrumenten uitvond, ligt Nederland in de voorhoede van lichttechniek. Philips en ASML werden er groot mee. Het klimaat is rijp voor een nieuwe ‘kampioen’ van eigen bodem. Bij productiesystemen voor fotonische chips zijn VDL, NTS, Hittech, Demcon Focal, Dutch Optics Centre, Wwinn, Sioux, SsvA, IBS, S&T al actief. Bij ontwerp en vervaardiging van dit soort chips zijn bedrijven zoals Micronit, Lionix, Smart Photonics, Effect Photonics en Technobis betrokken.

Mede met steun van het Ministerie van Economische Zaken en Klimaat is onlangs ook de financiering geregeld van Smart Photonics. KPN is een van de geldschieters. De Eindhovense startup Smart Photonics heeft een generiek ontwerp- en productieplatform ontwikkeld waar ook andere bedrijven fotonische chips kunnen bakken. Zo’n faciliteit kan als springplank dienen voor het ecosysteem dat zich rond geïntegreerde fotonica aan het vormen is.  

Na vijftig jaar doorbraak

Afgelopen voorjaar kreeg de ontwikkeling van fotonische chips een enorme oppepper toen Eindhovense onderzoekers erin slaagden om silicium licht te laten uitzenden. Vijftig jaar lang werd gezocht naar een legering van silicium die daartoe in staat is. Omdat silicium uiterst moeizaam licht kan uitzenden, duurde het lang voordat de juiste vorm was gevonden die wel efficiënt werkt.

Het onderzoeksteam werkt nu aan een siliciumlaser waarmee de optische functionaliteit is te integreren in het huidige elektronicaplatform. Zodra die klaar is, kan de snelheid van de communicatie in chips en tussen chips met een factor 1000 worden verhoogd.  

Toepassingen op breed terrein

Deze revolutionaire chips kunnen toepassing vinden op een breed vlak. Fotonica is een echte sleuteltechniek waarop weer veel andere technologieën kunnen voortborduren. De markt voor geïntegreerde fotonica groeit met enkele tientallen procenten per jaar. De technologie biedt mogelijkheden voor toepassing in een groot aantal groeimarkten. 

Het transport van data wordt veel efficiënter, omdat fotonica de kosten en het energieverbruik omlaag brengt, terwijl tegelijk de transmissiecapaciteit en snelheid enorm toenemen. Geïntegreerde fotonica biedt bovendien grote voordelen in de communicatie. Zoals gezegd zullen vooral datacenters profiteren van de snellere gegevensoverdracht en het lagere stroomverbruik. Een belangrijke eigenschap van deze techniek is snelle verwerking van glasvezelsignalen.  

Ook in sensoren

Maar eigenlijk overal waar in een zeer hoog tempo gigantische hoeveelheden data worden voortgebracht, bestaat behoefte aan een nieuwe generatie van geïntegreerde fotonica die data sneller, goedkoper en meer duurzaam transporteert. Denk aan het internet of things (IoT), artificial intelligence (AI), augmented reality en zelfrijdende auto’s.

Ook zijn meer precieze sensoren mogelijk in telecom, medische apparatuur en gezondheidszorg, vervoer en industriële processen. Chemische sensoren helpen bijvoorbeeld bij medische diagnose, of kunnen lucht- en voedselkwaliteit meten.  

Scanners en lidar

Geïntegreerde fotonica biedt een compacte manier van lichtbewerking. Hierdoor kunnen bijvoorbeeld medische scanners en sensorsystemen voor invasief gebruik worden verkleind. Er is ook een nieuwe techniek in ontwikkeling voor diepteanalyse van huid of netvlies. Optical Coherence Tomography (OCT) kan het alternatief worden voor dure technieken als PET en MRI.  

De technologie kan daarnaast heel precies vervorming meten. Voorbeeld van zo’n toepassing is een sensor voor vliegtuigvleugels. Een andere interessante toepassing is de lidar, een laser die de afstand tot objecten kan bepalen en die wordt gebruikt in voertuigen die in hoge mate zelfrijdend zijn. Voor de ruimtemissie van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA is een laserdetectiesysteem in ontwikkeling. Verder kan fotonica in combinatie met quantum computing de veiligheid van identificatiebewijzen vergroten.  

Telecom

Fotonica speelt een belangrijke rol bij de innovatie van draadloze datatransmissie. Geïntegreerde fotonica is toe te passen bij de 5G-bundelvorming waarbij het radiosignaal precies op de gebruiker wordt gericht. Een ander voorbeeld is de ontwikkeling van LiFi als alternatief voor WiFi. Waar WiFi  elektromagnetische golven gebruikt voor datatransmissie, gebruikt LiFi onzichtbaar licht wat zorgt voor minder interferentie. De raakvlakken met de telecom zijn dus groot. Daarom is KPN Venture mede-investeerder in het eerdergenoemde bedrijf Smart Photonics.  

Gerelateerde artikelen