TU-E wil fotonisch 'paradigma' vestigen

Het meeste dataverkeer loopt al via lichtsignalen - door glasvezels - maar in knooppunten is de signaalverwerking nog elektronisch. En die knooppunten lopen tegen hun grenzen aan. Optische schakelingen, ofwel 'photonic devices', moeten hier de oplossing voor bieden.

Optische chips zijn ook voor tal van andere toepassingen inzetbaar, maar dat komt vooralsnog moeizaam van de grond. Hoge kostprijzen en gebrek aan schaalgrootte houden elkaar wederzijds in stand. Het doorbreken van die vicieuze cirkel is een van de belangrijkste doelen van Paradigm (Photonic Advanced Research and Revelopment for Integrated Generic Manufacturing).

Standaardisatie verlaagt kosten

Standaardisatie van de wijze waarop optische chips ('photonic ICs') met geïntegreerde componenten zoals lichtbronnen, detectoren, koppelaars, filters en multiplexers worden ontworpen en geproduceerd, kan de kosten op termijn flink verlagen, zo wordt aangenomen. Dat geldt ook voor de zogeheten verpakking waarmee optische chips worden aangesloten op glasvezels. Die is nu nog net zo duur als de chip zelf.

TU/e-hoogleraar Optische communicatietechnologie Meint Smit: "Micro-elektronica kost een paar cent per vierkante millimeter chip, doordat de technologie is gestandaardiseerd. Ontwikkelingskosten zijn laag door gebruik van geavanceerde software om chips snel en nauwkeurig te ontwerpen. Dat willen wij ook bereiken met photonic devices."

Door standaardisatie van de ontwerpmethodes en de productietechnieken kunnen optische producten die niet in groot volume worden gemaakt meer dan een factor 10 goedkoper worden, denken de onderzoekers in Eindhoven. Bovendien kunnen bedrijven dan sneller prototypes maken en producten naar de markt brengen. Smit verwacht dat binnen 6 jaar een groot deel van de optische chips op een gestandaardiseerde manier kan worden vervaardigd.

Europa heeft voorsprong opgebouwd

Volgens Smit heeft Europa - mede door eerdere Europese projecten op dit gebied - op dit moment een voorsprong. In totaal loopt er nu in Europa voor ruim 50 miljoen euro aan projecten die onder meer zijn gericht op indiumfosfide- en siliciumtechnologie. Ontwerpsoftware, ontwerpbibliotheken en procesmodellen die in het kader van Paradigm worden ontwikkeld, zijn auteursrechtelijk beschermd. Maar de achterliggende generieke concepten, die de beoogde 'standaarden' vormen, zijn 'open access'. Dat betekent dat in principe ook niet-Europese bedrijven de vruchten kunnen plukken van Paradigm.

Smit is er echter van overtuigd dat dat geen afbreuk hoeft te doen aan de Europese 'business-case' voor Paradigm: "We willen schaalgrootte. Nu, klanten uit de VS of Azië kunnen daarbij helpen. Er wordt wel gekeken naar de mogelijkheden om chipfabrikanten die de Paradigm-technologie gebruiken voor niet-Europese opdrachtgevers, een ander tarief te laten berekenen. Maar we moeten nog zien of dat kan binnen de bestaande handelsverdragen."

"De basisgedachte is echter dat Europa z'n voorsprong alleen vergroot door de leiding te nemen in dit soort ontwikkelingen, en er ook aan verdient als het buitenland dat leiderschap erkent door gebruik te maken van onze technologie. Door goedkopere productie worden nieuwe producten levensvatbaar en ontstaat een hele nieuwe zakelijke sector van kleine bedrijven die deze chips in eigen nieuwe producten verwerken en daarmee internationaal concurreren. We zijn nu al bezig om met dergelijke potentiële gebruikers van optische componenten contact op te nemen. Om ze te helpen gevoel te ontwikkelen voor de mogelijkheden die eraan komen", aldus Smit.

Toepassingen in o.a. medische instrumenten en computers

Een voorbeeld is de fibersensor. Die kan worden gebruikt voor het meten van allerlei zaken, zoals spanningen in bruggen, vliegtuigen of windmolenbladen, om vervolgens tijdig te waarschuwen voor overbelasting. Het kostbaarste deel is nu nog de optische uitleesunit, maar die moet door integratie danig in prijs omlaag kunnen. Onderzoekers voorzien ook toepassingen in medische instrumenten en computers.

Al met al gaat het om een markt die 10 procent van de omvang van de micro-elektronicamarkt kan bereiken, schat Smit. Dat komt neer op een omzet van tientallen miljarden. Smit schat dat de in het kader van Paradigm te ontwikkelen technologie vanaf 2016 commercieel beschikbaar komt.

Aan het Paradigm-project nemen 16 partijen deel, waaronder bedrijven, universiteiten en kennisinstellingen. Oclaro, Alcatel-Thales III-V Lab, de Fraunhofer instituten HHI en MZI, Philips Miplaza, CIP, Gooch&Housego, Linkra, Willow Photonics, de universiteiten van Cambridge, Chalmers, Milan and Eindhoven, en de designsoftwarebedrijven Phoenix, Photon Design en Hilarete. De Technische Universiteit Eindhoven is de projectcoördinator, via TU/e-onderzoeksschool COBRA.