Nieuws

De kracht van het Twentse fotonica ecosysteem

Supersnel internet, zelfrijdende auto’s, onkraakbare beveiligingssystemen, nieuwe medische toepassingen: fotonica is essentieel voor deze – en vele andere – innovaties. Vandaag komen op de Universiteit Twente de belangrijkste wetenschappers en industriële partijen uit de fotonicawereld samen. Tijdens het World Technology Mapping Forum bepalen ze de langetermijnagenda voor dit vakgebied om zo innovatie te versnellen. Drie fotonica-onderzoekers van het MESA+ Instituut voor Nanotechnologie vertellen over de mogelijkheden die fotonica biedt en leggen uit wat de kracht van Twentse fotonica ecosysteem is. 

Elektronica staat aan de basis van de meeste innovaties van de afgelopen 50 jaar. We bereiken echter langzaam de grenzen van de mogelijkheden. Willen we zuinigere, betere en snellere apparatuur, dan moeten we onze data wel gaan verzenden en ontvangen met behulp van fotonen (lichtdeeltjes) in plaats van met elektronen. Op fotonen kun je namelijk vele malen meer informatie kwijt dan op elektronen en bovendien zijn de verliezen veel kleiner. Klaus Boller definieert fotonica als “het verwerven, omgaan met en doorgeven van informatie met behulp van licht.” 

Sleuteltechnologie

Sonia Garcia Blanco vult hem aan: “Fotonica een sleuteltechnologie die tal van andere innovaties mogelijk maakt. Denk aan snellere en betere datacommunicatie, energiezuinige datacentra en nieuwe manieren om ziektes op te sporen.” Het gebruik van fotonen vraagt echter om compleet nieuwe chips en componenten daarvoor. Er zijn veel van componenten ontwikkeld, maar nu het vakgebied volwassen begint te worden is het volgens Garcia Blanco noodzakelijk dat er wereldwijde standaarden komen om de ontwikkelingen te versnellen. “Het forum helpt om de kloof tussen belofte en werkelijkheid te dichten.”

“Bij de ontwikkeling van elektronica fungeert de wet van Moore als leidraad voor innovatie,“ vertelt Pepijn Pinkse. De roadmap – die vorig jaar tijdens het eerste World Technology Mapping Forum is opgesteld en die dit jaar aan de UT wordt besproken en bijgesteld – vervult volgens hem een vergelijkbare rol op zijn vakgebied. “Je hebt een gezamenlijke stip aan de horizon nodig, zodat wetenschappers, maar vooral ook industriële partijen, weten waar ze op in moeten zetten.”

Boller, vult aan: “De opgestelde roadmap is uitdrukkelijk niet een manier om de markt te verdelen, maar hij laat de stand van de wetenschap en de techniek zien, inclusief knelpunten en business mogelijkheden. Voor wetenschappers is het een bevestiging of ze met onderzoek bezig zijn dat sociaal relevant is. Voor bedrijven en overheden is het een goed middel om gerichter te kunnen investeren.” 

Samenwerken

Vanwege de complexiteit van fotonische componenten is het noodzakelijk dat fundamentele wetenschappers en ingenieurs nauw samenwerken. En precies daarin schuilt de kracht van Twente volgens Pinkse. “Op de Universiteit Twente werkt de grootste concentratie optici van Nederland. We hebben een unieke samenwerking met de industrie. Belangrijke bedrijven op dit vakgebied zijn op de UT ontstaan. Ons onderzoek zorgt dat we op fundamenteel niveau de werking van fotonische systemen beter begrijpen. Met deze kennis kunnen industriële partijen vervolgens gerichter innoveren.” Ook speelt de UT volgens Pinkse een essentiële rol bij het opleiden van een nieuwe generatie van wetenschapers en ingenieurs die zich bezighouden met fotonica. “Je ziet dat er enorm hard aan onze studenten wordt getrokken.”

Voor fotonische toepassingen moet je op zeer kleine schaal licht kunnen opwekken, verwerken en detecteren. Een van de belangrijkste materialen, oftewel platforms, hiervoor is siliciumnitride. Dit platform is volgens Boller zo’n twintig jaar geleden ontstaan aan de Universiteit Twente, uit nieuwsgierigheidsgedreven vrij onderzoek. “In de loop der jaren is er veel onderzoek naar gedaan, waardoor de eigenschappen goed bekend zijn en het uitgegroeid is tot een zeer betrouwbaar platform. Kracht van dit platform is dat je er op een klein oppervlak extreem goed licht mee kunt opslaan.” 

Combinerend vermogen

Ondanks de kracht van het siliciumnitride platform, is er volgens Boller geen enkel platform zaligmakend. “Elk platform heeft zijn eigen voor- en nadelen. Net zoals je een auto niet maakt uit alleen staal, plastic of aluminium, moet je ook voor fotonische toepassingen – waarvoor geldt dat complexiteit essentieel is – verschillende platforms samenvoegen op een chip.” Dit wordt ook wel packaging genoemd. En in dit combinerende vermogen ligt volgens Boller de kracht van het Twentse fotonica ecosysteem.

Packaging is dé sleutel on tot nieuwe fotonische toepassingen te komen, omdat deze stap noodzakelijk is om serieproducties te kunnen realiseren,” vult Garcia Blanco hem aan. Twente blinkt hierin uit.” Als voorbeeld noemt ze het recent opgerichte bedrijf Phix dat geavanceerde packaging processen ontwikkelt om grootschalig fotonische modules te kunnen produceren. “Dit soort ontwikkelingen is essentieel om fotonische toepassingen een stap verder te brengen.” 

Boller, Garcia Blanco en Pinkse

Prof. dr. Klaus Boller is hoogleraar bij de vakgroep Laser Physics and Nonlinear Optics (LPNO). Hij werkt onder meer aan nieuwe lichtbronnen voor fotonische toepassingen op chips. “Hierbij is het essentieel dat je de drager van onze informatie, licht, zo goed mogelijk beheerst. Het is de bedoeling dat het licht dat we creëren supercoherent is.” Onlangs bereikte Boller een wereldrecord. Samen met het bedrijf Lionix ontwikkelde hij de meest smalbandige laser op een chip ter wereld.

Dr. Sonia Garcia Blanco is werkzaam als associate professor bij de vakgroep Optical Sciences (OS). Ze is gespecialiseerd in de ontwikkeling van nieuwe actieve fotonische materialen, integratieprocessen en nieuwe apparaten voor diverse toepassingen, zoals voor medische diagnostiek en controles. Zo werkt ze onder meer aan een nieuw diagnostisch hulpmiddel om kankerbiomarkers te detecteren, aan een draagbaar apparaat waarmee je in een vroeg stadium kunt zien of iemand diabetes type 1 of 2 heeft en aan sensoren op een chip waarmee je de kwaliteit van drinkwater kunt monitoren.

Prof. dr. Pepijn Pinkse is hoogleraar bij de vakgroep Complex Photonic Systems (COPS), waar hij zich bezighoudt met nanofotonica en kwantumoptica. Hij werkt onder meer aan onkraakbare beveiligingsoplossingen met behulp van kwantumfysica, aan extreem dunne vezels waarmee je beelden in bloedvaten kunt maken en aan fundamenteel onderzoek naar cryptografische ‘sleutels’ voor veilige communicatie. Onlangs slaagde hij erin om ruim 10 bit informatie te versturen met één enkel foton.