Nieuw toegepast onderzoekslab is een speeltuin voor de fotonica

Verborgen achter beveiligde glazen deuren in een afgelegen hoek van de High Tech Campus in Eindhoven ligt een gloednieuwe faciliteit met grootse ambities. Het Holst Centre Photonics Lab, gezamenlijk ontwikkeld door onderzoeksgiganten imec en TNO, is sinds kort volledig operationeel. Het is het enige toegepaste fotonica-lab in Nederland dat op deze schaal opereert en niet alleen is ontworpen voor baanbrekend intern onderzoek en ontwikkeling, maar ook om startups te ondersteunen die fotonische innovaties willen testen, valideren en opschalen.

“Dit laboratorium is het enige in Nederland voor toegepast onderzoek op deze schaal”, zegt Ruud Oldenbeuving, hoofdwetenschapper fotonica bij imec. Hij wijst naar een rij instrumenten proefopstellingen die worden gebruikt voor het ontwikkelen en testen van fotonische chips. ”We hebben dit gebouwd om de hele innovatieketen te versnellen, van chipontwerp tot verpakking, van concept tot toepassing.”

Imec en TNO openen Holst Centre Photonics Lab op High Tech Campus

Het nieuwe fotonicalab wil een extra impuls geven aan onderzoek naar – en ontwikkeling van – geïntegreerde fotonica in Nederland.

De kern van de missie van het lab is geïntegreerde fotonica, met directe aandachtsgebieden zoals LiDAR voor autonoom rijden, de volgende generatie sensoren voor de gezondheidszorg en ultrasnelle optische communicatie. Fotonische chips – sneller, kleiner en energiezuiniger dan hun elektronische tegenhangers – zullen deze gebieden naar verwachting ingrijpend veranderen. Maar daarvoor moeten ze niet alleen goed ontworpen zijn, maar ook goed verpakt, getest en geïntegreerd met elektronica. Daar komt de samenwerking tussen imec en TNO om de hoek kijken.

“Imec brengt zijn expertise op het gebied van systeemontwikkeling en productie in”, zegt Oldenbeuving. ”TNO richt zich meer op verpakking, thermisch beheer en heterogene integratie. Hier brengen we die werelden samen.”

Compacte kracht, grote impact

Een van de huidige projecten van het lab is de miniaturisatie van LiDAR-systemen, de lasersensoren die autonome voertuigen helpen hun omgeving waar te nemen. “De meeste huidige LiDAR-systemen zijn omvangrijk en duur”, legt een van de experts van imec uit. “Ons doel is om een systeem te ontwikkelen ter grootte van een creditcard, voor minder dan 100 dollar. Dat is wat de automobielsector vraagt.”

Om dat doel te bereiken, bouwen de onderzoekers van imec chips die niet alleen lasersignalen verzenden en ontvangen, maar ook de gegevens verwerken. “We gebruiken daarvoor dezelfde productielijnen als voor elektronische chips”, voegt Oldenbeuving toe. “Het is gewoon een ander recept.”

Nog ambitieuzer is het werk van het team aan LiDAR-netwerken, systemen waarin meerdere LiDARs met elkaar communiceren, waardoor het bereik wordt vergroot en gegevens worden gedeeld. “Het gaat niet meer alleen om het detecteren van objecten”, zegt een van de onderzoekers. “We combineren LiDAR met supersnelle datacommunicatie. Dezelfde straal die detecteert, kan ook 50 tot 100 Gbps aan gegevens vervoeren.”

Mantispectra Gerard & Anton 2023 © Bram van Dal

MantiSpectra maakt zichtbaar wat het blote oog niet kan zien

Giuseppe Coppola van MantiSpectra gaf tijdens CES 2025 de innovaties, toepassingen en toekomstvisie van het bedrijf.

Gezondheidszorg, opnieuw uitgevonden

De innovaties van het lab zijn niet beperkt tot voertuigen en communicatie. In een andere hoek van het lab testen TNO-onderzoekers op laser gebaseerde gezondheidssensoren die beter presteren dan de huidige smartwatches, vooral voor mensen met een donkere huidskleur. Traditionele fotoplethysmografische (PPG) sensoren zijn in die gevallen vaak onbetrouwbaar, maar een hier ontwikkeld spikkelgebaseerd lasersysteem lost dat op.

“Deze methode creëert een dynamisch laserpatroon op de huid en meet de veranderingen als het bloed stroomt”, legt een imec-onderzoeker uit. "Het is beter bestand tegen omgevingslicht en variaties in huidskleur en maakt contactloze hartslagmeting bij meerdere personen mogelijk.” Om dat te bewijzen schijnt de onderzoekster met een fel licht op de module. Inderdaad, de output wordt niet verstoord.

Het team werkt nu aan de miniaturisering van het systeem voor integratie in consumentenapparaten. "We maken de overstap van grote modules naar chip-scale VCSEL's en camera-units. Het Holst Centre Lab maakt die overstap mogelijk.”

Dezelfde op spikkels gebaseerde techniek wordt onderzocht voor de landbouw, voor het meten van de sapstroom in planten of zelfs de hartslag van koeien tijdens het melken.

Fotonica voor de echte wereld

De onderzoekers van TNO introduceren nog een doorbraak: de integratie op basis van glas. “We bouwen modules waarin fotonica en elektronica op één substraat zijn geïntegreerd”, zegt hij. “Dat verlaagt de kosten, verbetert het warmtebeheer en is essentieel voor toepassing in de praktijk."

Verpakking is meer dan een bijzaak in fotonica; het maakt vaak 80% van de systeemkosten uit. "We werken aan verpakkingen op paneel- en waferniveau om de kosten te verlagen en de schaalbaarheid te vergroten’, zegt een TNO-expert. ”Dat is essentieel voor consumententoepassingen.”

Toepassingen zoals LiFi, het optische alternatief voor wifi, worden al gedemonstreerd in het lab. LiFi maakt gebruik van licht in plaats van radiogolven en biedt veilige, storingsbestendige communicatie met een veel grotere bandbreedte. TNO toont een live videostream die via een smalle lichtstraal wordt verzonden: “We ontwerpen ontvangers die in smartphones en laptops kunnen worden geïntegreerd. Dit is realtime gegevensoverdracht met 2,5 Gbps.”

Innovatie van Signify maakt afluisteren onmogelijk

De NAVO heeft belangstelling getoond. Volgende stap omvat uitgebreide tests en het direct verbinden van satellieten en defensievoertuigen.

Open innovatie op nationale schaal

Het Holst Photonics Lab is meer dan een gedeelde werkruimte; het is een nationale bron van kennis. “Dankzij de steun van PhotonDelta en andere partners hebben we een faciliteit gebouwd waar anderen hun prototypes kunnen testen”, zegt Oldenbeuving. “Startups die zich geen instrument van een half miljoen euro kunnen veroorloven, kunnen onder eerlijke voorwaarden profiteren van onze faciliteiten.”

Veel jongere bedrijven kunnen hiervan profiteren. “Er zijn veel gespecialiseerde spelers in Nederland“, zegt Oldenbeuving. "Maar er zijn maar weinig plaatsen waar ze alle bouwstenen kunnen samenbrengen.”

Het lab vult cruciale hiaten in de fotonica-innovatieketen door ontwerp, testen, verpakking en toepassing onder één dak te brengen. ’Zonder deze infrastructuur kun je niet van een labdemo naar marktklare technologie gaan”, zegt Oldenbeuving. “Dit is de brug.”