Chips die werken met licht in plaats van elektriciteit. Ze zijn sneller, zuiniger en spelen een sleutelrol in datacenters, sensoren en quantumtechnologie.
Onderzoeker Peter Harmsma van TNO legt uit waarom geïntegreerde fotonica nu belangrijker is dan ooit, en waarom Nederland hierbij wereldwijd vooroploopt.
Wat is optische communicatie?
Optische communicatie lijkt op een moderne versie van morsecode, vertelt Harmsma. Alleen gebruik je nu razendsnelle lichtflitsen in plaats van elektrische signalen. Die lichtflitsen worden via glasvezel verstuurd en kunnen verschillende kleuren (golflengtes) gebruiken, over het algemeen in infrarood licht.
Elke kleur draagt zijn eigen datastroom. Zo kunnen tientallen signalen tegelijk door 1 vezel reizen. Dat maakt optische communicatie bijzonder efficiënt en geschikt voor de enorme hoeveelheden data die tegenwoordig worden verzonden.
Waarom licht efficiënter is dan elektriciteit
Elektrische signalen hebben beperkingen: bij hoge snelheden gaat energie verloren. “Een elektrisch draadje gaat zich gedragen als een antenne”, legt Harmsma uit. “Dat kost energie, met name bij hoge datasnelheid. Licht heeft dat nadeel niet.”
Daardoor is optische communicatie energiezuiniger, stabieler en geschikt voor lange afstanden. Zeker nu het dataverkeer exponentieel groeit door video, cloud en kunstmatige intelligentie.
Onmisbaar in datacenters
Optische communicatie vormt het hart van onze digitale infrastructuur. Zonder glasvezel geen YouTube, TikTok of Teams, en ook geen AI. “Eigenlijk al het dataverkeer loopt via optische verbindingen, zeker binnen datacenters,” zegt Harmsma.
In datacenters staan duizenden servers, die onderling verbonden zijn met glasvezel. Het merendeel van alle datastromen speelt zich niet af tussen gebruikers en het internet, maar binnen die datacenters zelf. Daar maakt optische communicatie snel, betrouwbaar en energiezuinig werken mogelijk.
Meer dan data alleen: sensoren en diagnostiek
De technologie achter optische chips wordt ook gebruikt voor sensoren. “Je kunt er bijvoorbeeld mee meten wat er in een druppel bloed zit, of in lucht of water”, vertelt Harmsma. Er zijn meerdere startups die zich richten op medische diagnostiek.
Harmsma is zelf betrokken bij TNO spin-off Delta Lifescience, dat zich richt op laboratoriuminstrumenten. “Dat maakt het makkelijker om de technologie eerder op de markt te brengen en van daaruit verder te ontwikkelen. Zo groeien we stap voor stap richting medische toepassingen.” Ook in milieumetingen, landbouw en infrastructuur biedt fotonica veelbelovende mogelijkheden.
Nederland als koploper
Nederland behoort wereldwijd tot de koplopers in geïntegreerde fotonica, met faciliteiten rond onder meer Eindhoven, Enschede, Delft en Nijmegen, zowel voor onderzoek als productie. Er komen nieuwe fabrieken voor 2 belangrijke materiaalplatforms: indiumfosfide in Eindhoven en siliciumnitride in Enschede.
“Indiumfosfide is het enige materiaal om lasers mee te maken voor de golflengtes die optimaal werken met glasvezel”, legt Harmsma uit. “Het maken van indium fosfide chips, maar ook andere fotonische chips, vereist unieke kennis die we in Nederland echt in handen hebben.” Met partijen als PhotonDelta, TNO, Lionix, Smart Photonics en het CITC heeft Nederland een sterke positie binnen Europa.
Fotonica en strategische autonomie
Geïntegreerde fotonica is niet alleen technologisch interessant, maar ook strategisch belangrijk. “Met name Indiumfosfide is een lastig materiaal om mee te werken”, zegt Harmsma. “Weinig landen beheersen dat, en dat maakt het waardevol.”
Nederland wil een aantal sleuteltechnologieën zelf in handen houden. “Je hoeft niet alles zelf te doen, maar wel een paar dingen waarmee je aan de internationale tafel kunt meepraten. Fotonica is er daar 1 van.” Zo draagt de ontwikkeling van fotonische chips bij aan de Europese ambitie om minder afhankelijk te worden van buitenlandse chipproducenten.
Wat brengt de toekomst?
De technologie ontwikkelt zich razendsnel, maar de markt is nog jong. “Integrated Photonics is geen toekomstmuziek, het is er al”, zegt Harmsma. “Grote techbedrijven als Amazon, Google en Meta gebruiken al hun eigen fotonische chips in datacenters. Maar de volumes moeten nog groeien.”
Daarnaast sluit fotonica nauw aan bij andere sleuteltechnologieën, zoals quantumtechnologie. “Zeker siliciumnitride is cruciaal voor quantumtoepassingen. En als je in Nederland ambities hebt op dat vlak, moet je fotonica daarin meenemen. De 2 zijn onlosmakelijk verbonden.”
De komende jaren bepalen of Nederland een blijvende rol speelt in deze lichtgedreven toekomst, besluit Harmsma. “We hebben de kennis, de bedrijven en de voorsprong. Nu is het zaak om die vast te houden en uit te bouwen.”
CIO Café over geïntegreerde fotonica
Op 11 november staat het CIO-café geheel in het teken van geïntegreerde fotonica. Meer informatie over dit evenement lees je op deze pagina van Digitale Overheid. Direct aanmelden voor dit CIO-café kan via dit formulier.
