Roadmap Photonic Devices Samenvatting

Roadmap Photonic Devices Samenvatting

Inhoud Voorwoord

Voorwoord 3



Wat zijn Photonic Devices?

4



De roadmap Conclusies

8 18

Photonic Devices vormen steeds vaker het hart van een systeem. Ze vervullen kernfuncties in allerlei apparaten en zijn enablers voor een groot aantal toepassingen in zeer uiteenlopende markten. In 2006 nam Europa 19% - 49 miljard euro - van de wereldwijde omzet aan photonic enabled products voor zijn rekening. De verwachting is dat deze markt in Europa in 2015 een volume van 100 miljard euro zal bereiken. De wereldmarkt in dat jaar wordt geschat op 439 miljard euro1. Nederland speelt op dit internationale veld mee met 150 bedrijven en 25 kennisinstellingen en vertegenwoordigt een toppositie in het Europese cluster2. Op initiatief van het IOP Photonic Devices heeft Berenschot in 2009 een roadmapstudie uitgevoerd naar de ontwikkelingen op het gebied van de markten, de applicaties in de markten en de eisen aan de functies van Photonic Devices. Daarnaast zijn de beschikbare en gewenste technologie in kaart gebracht. Met die technologie moet enerzijds aan de eisen vanuit de markten worden voldaan; anderzijds geeft deze analyse de technologische mogelijkheden aan voor Photonic Devices zelf. De roadmap bakent het speelveld af en vormt de bakermat voor nieuwe Photonic Devices. Aan de totstandkoming van de roadmap heeft een groot aantal mensen meegewerkt. Na een uitgebreide deskstudie is de richting van de roadmap vastgesteld door middel van een vragenlijst die door 70 deelnemers uit de community is ingevuld. De uitkomsten daarvan zijn verder onderzocht in gesprekken met stakeholders. Tot slot is er een tweetal workshops georganiseerd over de pull- en de pushkenmerken (gezien vanuit respectievelijk de markt en de technologie) van Photonic Devices, waaraan 40 personen deelnamen. Door deze aanpak is een goed overzicht verkregen van dit veld. De roadmapstudie is een belangrijke stap op weg naar nationale visievorming en naar een breed gedragen ambitie op het gebied van fotonica, waarmee Nederland in staat is te excelleren. Dit document bevat een samenvatting van de bevindingen. Dr. B.H. Verbeek, voorzitter IOP Photonic Devices

1 Photonics in Europe: Economic Impact. European Technology Platform P ­ hotonics21, december 2007 2 Opera 2015

3 | Roadmap Photonic Devices

Wat zijn Photonic Devices? Fotonica is een emerging technologie, vergelijkbaar met halfgeleider­ technologie. Veel functies in technische applicaties worden momenteel door halfgeleider­producten verzorgd. De verwachting is dat Photonic Devices de bestaande half­geleiders deels zullen vervangen, maar meer nog: deze kwalitatief zullen aanvullen. Photonic Devices zorgen met hun unieke technologische mogelijkheden voor een extra dimensie, zoals een hogere band­breedte, energiebesparing en grotere communicatieafstand. Fotonica is boven­dien minder storingsgevoelig en heeft unieke fysische eigenschappen.

Penetrates Earth’s Atmosphere?



Radiation Type Wavelength (m)

Y

Radio 103

N

Microwave 10-2

Y

Infrared 10-5

N

Visible Ultraviolet X-ray 0.5x10-6 10-8 10-10

Gamma ray 10-12

Approximate Scale of Wavelength Buildings

Humans

Butterflies Needle Point Protozoans

Molecules

Atoms

Atomic Nuclei

Frequency (Hz)

104 Temperature of objects at which this radiation is the most intense wavelength emitted

108

1012

1 K 100 K -272 °C -173 °C

1015

10,000 K 9,727 °C

Figuur 1: Overzicht van golflengtespectrum met corresponderende frequenties.

4 | Roadmap Photonic Devices

1016

1018

10,000,000 K ˜10,000,000 °C

1020

De drivers voor het gebruik van Photonic Devices zijn doorgaans: 1. bandbreedte en snelle dataverwerking en -overdracht; 2. fysische meeteigenschappen en meetprincipes; 3. contactloze meeteigenschappen; 4. bewerkingsmogelijkheden van materialen; 5. energiebesparing; 6. kosten- en afmetingreductie. Figuur 1 geeft een beeld van de golflengte­ gebieden van Photonic Devices. Dat varieert van applicaties met infraroodstraling voor het meten van thermische processen tot het gebruik van gamma­ straling bij het meten met gamma­camera’s in de medische sector. Het werkgebied omvat golflengtes van ongeveer 200 tot 1200 nano­meter, groter dus dan zichtbaar licht (380 - 800 nanometer). Imaging met THz-frequenties en het transporteren van licht door fibers met bijvoorbeeld infraroodsignalen zijn enkele andere voorbeelden die de diversiteit aan ­toepassingen illustreren. Photonic Devices worden vaak gebruikt in combinatie met mechanica, elektronica, embedded soft­ware, fysische processen in vloeistoffen en chemie. Detectie, emissie en transmissie zijn de belangrijkste functies die Photonic Devices in applicaties vervullen.

Het detecteren van licht komt in veel verschillende toepassingen voor. ICT & communicatie is een belangrijke sector, evenals spectrometrie en de sensormarkt. Bij de functie emissie variëren de golflengte, intensiteit en bundelvormen van de lichtbron afhankelijk van de applicatie. De lichtbron zelf is uiteraard een veel voorkomend device, waarvan vele uitvoeringsvormen bestaan. Uit onderzoek blijkt dat ook de verscheidenheid aan toepassings­gebieden van lichtbronnen groot is. Het belangrijkst is de ICT & communicatie­ technologie, gevolgd door spectroscopie. Eveneens in ICT- en communicatiesystemen komt transmissie van licht voor (denk aan fibernetwerken en -koppelingen). Signaaltransmissie komt steeds vaker voor on chip, waar signaaltransmissie en -verwerking in toenemende mate ­samengaan. Transmissie van licht wordt toegepast bij contactloos meten in de algemene meet- en regeltechniek. Daar spelen het meten van positie, materiaal­eigenschappen en product­ omstandigheden zoals temperatuur, kleur en vorm een rol. Overige functies zijn filteren, versterken en polariseren van licht en andere lichtsignaalbewerkingen.

5 | Roadmap Photonic Devices

45 40

aantal maal genoemd

35 30 25 20 15 10 5 0 Instrumenten

Apparaten

Machines

Photonic Devices

Modules

Kennis

Prototype

Overig

Figuur 2: Toepassingen van Photonic Devices: gerelateerde producten, diensten en applicaties in Nederland in 2009.

De wereldmarkt voor photonic enabled products in 2015 is ingeschat op 439 miljard euro3. Andere bronnen geven een nog hogere voorspelling van 1.000 miljard dollar4. Gebaseerd op gegevens van Photonics21 heeft Europa in 2006 een omzet van 49 miljard euro gerealiseerd, wat neerkomt op 19% van het wereld­volume5. Tussen 2005 en 2015 groeit dat volume met 7,6% per jaar, waardoor in 2015 een volume van 100 miljard euro in Europa zal zijn bereikt. Nederland vertegenwoordigt in het Europese cluster een toppositie met een marktaandeel van 7%6 en speelt op dit internationale veld mee met 150 bedrijven en 25 kennisinstellingen. Het Nederlandse

3 4 5 6

6 | Roadmap Photonic Devices

bedrijfsleven dat Photonic Devices gerelateerde producten, diensten en applicaties levert (zie figuur 2), voorziet in de komende vijf jaar een forse omzet­stijging. De verwachting is dat in 2014 de omzet van de bestaande Photonic Devices gerelateerde bedrijven minstens 35% zal zijn gestegen ten opzichte van 2004. Nederland moet in staat zijn het huidige marktaandeel van 7% te vergroten naar meer dan 10%. Versnellen en verdienen zijn daarbij de uitgangspunten. De typische kosten voor het gebruik van Photonic Devices in een systeem zijn 5 - 20% van de totale systeemkosten.

Photonics in Europe: Economic Impact. European Technology Platform Photonics21, december 2007 Optoelectronic Industry and Technology Development Association Optech consulting AG Top 5: Opera 2015

7 | Roadmap Photonic Devices

De roadmap

1200

1000

800

Revenues M$

Steeds vaker vervullen Photonic Devices de kernfuncties in apparaten en systemen. Met name de medische industrie en de sector machinebouw hebben in Nederland het voortouw genomen om Photonic Devices toe te passen. De ICT- en communicatiesector zijn eveneens erg actief. Inmiddels is gebleken dat ook de sectoren water, milieu, verlichting en vele andere de vraag naar Photonic Devices en de uitbreiding aan fotonische functionaliteit in systemen aanjagen.

600

400

200

0

Markten (pull)

2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020

Zoals gezegd vinden Photonic Devices hun weg naar een groot aantal en zeer diverse eindmarkten (zie figuur 3). Van functies zoals meten, detecteren en analyseren wordt veelvuldig gebruik gemaakt in zowel de medische sector, de sector water en milieu,

defensie en de machinebouw. Daarnaast wordt licht als bewerkings­technologie gebruikt in productieprocessen. Voorbeelden daarvan zijn het uitharden, patroneren en verwarmen van materialen. In de medische sector worden ­licht­bronnen

5,0

Medical/health Water

4,5 Verwachte groei

Milieu 4,0

Energie Defensie

3,5

Domotica

3,0

ICT Pharmacie

2,5 2,0

Lighting Productie 2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

Belangrijkheid

Figuur 3: Belang (X-as), groeiverwachting (Y-as) en marktomvang (bolgrootte) van diverse marktgebieden, zoals aangegeven door de respondenten van de enquête van Berenschot.

8 | Roadmap Photonic Devices

UV leds

Non diode laser

RYG leds

Diode laser

Blue led

Figuur 4: Omzet lasers in de medische sector (bron: Michael Lebby, [email protected]. Sources: OIDA, OIDA Members, IOA Members Siemens, GE Medical Wintergreen, Pennwell).

(lasers) ingezet bij het behandelen van huidaandoeningen. Lichtbronnen worden ook gebruikt om een ruimte met ­verschillende kleuren te belichten (ambiente verlichting). Op basis van verwachte groeipotentie en belang zullen de volgende markten het meest de vraag naar Photonic Devices en de uitbreiding van functionaliteit aanjagen: medisch, water en milieu, energie, ICT & communicatie, domotica/lighting, machinebouw en defensie/security.

Medisch De medische sector heeft bij nieuwe ontwikkelingen op het gebied van fotonica het voortouw genomen (zie figuur 4). De geneeskunde past fotonische techno­ logie toe voor zowel diagnostiek als behandelingen (cure en care). In het geval van diagnostiek wordt gebruik gemaakt van het verschijnsel dat een object (weefsel, cellen, eiwitten) het licht beïnvloedt, waar­door metingen kunnen worden verricht. Behandelingen zijn gebaseerd op het verschijnsel dat licht een object beïnvloedt, waardoor herstel optreedt.

9 | Roadmap Photonic Devices

Wavelength in metres

De time-to-market van idee naar product is in de medische industrie minimaal tien jaar. Voor in vivo toepassingen is dat doorgaans nog langer (vergeleken met in vitro applicaties). Aandachtspunten zijn de steriliteit van producten en aansprakelijk­heid.

Water en milieu Wereldwijd is er een groeiend water­ probleem. Slechts 1% van het water op aarde is geschikt als drinkwater voor de mens of als (drink)water voor gewassen en dieren. Waterkwaliteit is daarom een groeiend aandachtsgebied en een prima toepassingsmarkt voor Photonic Devices. Key is beheersing van de waterkwaliteit, zowel door kwaliteitsmeting en het bepalen van watereigenschappen, als door het regelen van afvalwaterprocessen.

Een belangrijk device is de laser. De markt­omvang van lasers voor de medische sector zal in het jaar 2020 zijn gegroeid tot ruim 1 miljard dollar. Een significante groei wordt voorzien in blauwe en UV-lasers.

Een overzicht van waterbehandeling met licht is te zien in figuur 5. Met UV-belichting kan waterzuivering en desinfectie worden geregeld. Analoog aan watertoepassingen zijn Photonic Devices bruikbaar in de ­milieu­sector, met name voor kwaliteits­

10 | Roadmap Photonic Devices

Short wave radio

102

Red

1

Yellow

FM

Blue

10-2

Indigo Violet

10-4

Invisible

10-6

Visible light

10-8

Invisible

600

Green

Radar

Infrared

Disinfection, i.e. inactivation of pathogens

500

UV Lamp

400 380

ELECTRODE +

Ultraviolet

x-rays

UVA Blacklight 315 - 400 nm UVB Suntan 280 - 315nm UVC Germicidal 200 - 280 (315) nm

10-12 -rays

UV-Vacuum 100 - 200 nm

10-14 Source: Siemens

780 700

Television Orange

10-10

Nieuwe toepassingen vragen om nieuwe soorten lasers. Er is onder meer vraag naar pulslasers, verstembare lasers, modulaire systemen en lichtbronnen, golfgeleiders (breed golflengtegebied) en detectoren voor ‘nieuwe’ golflengtegebieden (y = 2900 -10600, specifiek: 6000 - 6500 nm).

Wavelength in nanometres

(m)

400 365 300

200

Ultra violet

De medische markt is de grootste eindmarkt voor Photonic Devices, zowel wat betreft belang als groeipotentie. Nederland heeft sterke universitaire groepen die in goede verbinding staan met de kliniek. De keten kennis-kunde-kassa is goed ontwikkeld.

Momenteel wordt een beperkt aantal van vijftig verschillende soorten lasers gebruikt voor ruim 10.000 verschillende ­behande­lingen. Nieuwe belichtings­ methodes worden ontwikkeld om nieuwe ­toepassingen te creëren. Vanuit de medische industrie krijgen ook de wellnessmarkt en cosmetica steeds meer aandacht. Deze gebieden ontwikkelen zich tot keysegmenten voor Photonic Devices.

Visible light

Voorbeelden van fotonica in medische toepassingen zijn het monitoren van de kwaliteit van het menselijk weefsel, de camerapil voor interne maag- en ­darm­diagnose en de behandeling van huid­aandoeningen, waarbij verschillende golflengtes elk een specifieke invloed hebben op het genezingsproces. Daarnaast wordt ook de optische ­presentatie van meetgegevens door middel van displays en holografie belangrijker. Het aantal handzame apparaten om zelf therapie te kunnen toepassen en zelfstandig diagnoses te kunnen stellen, neemt in aantal toe. Dat geldt ook voor niet-invasieve toepassingen. Dit alles leidt tot kosten­ besparingen in de medische sector.

ELECTRODE -

100 Cosmic-rays

Applications: Municipal drinking/waste water, Commercial water, Industrial water

Figuur 5: Overzicht van lichtbronnen met diverse golflengtes voor kwaliteitsverbetering van water (bron: Adam Donnellan, Director Technical Sales, UV Products, Siemens (water treatment); as presented at the OIDA Green Photonics workshop September 2008).

waarborging en verbetering van chemische processen. Denk aan het bemesten van landbouwgrond en gewassen, het meten van bemestingsverdeling, gasemissie­ metingen en het regelen van diverse processen. Meten en regelen met de juiste meet­sensoren en lichtbronnen beïnvloedt de kwaliteit positief. Dit vraagt om ultraviolet lichtbronnen en detectoren en optische tralies voor diverse golflengtes. Markten zoals water en milieu zijn ­weliswaar kleiner dan de medische markt, maar hebben wel een grote potentie, mede vanwege hun positie als sleutelgebied.

Energie Photonic Devices richten zich in de energiesector met name op energie­ besparing 7. Zij worden gebruikt om te kunnen meten aan energieprocessen, maar ook als energiezuinige lichtbronnen (energiezuinige verlichting komt aan bod bij lighting/domotica). Ook worden zij toegepast om productieprocessen energiezuiniger te maken, bijvoorbeeld door verbetering van verbrandingsprocessen met gevoelige, snelle detectoren.

7 Zonne-energie is weliswaar een belangrijke groeimarkt voor Photonic Devices, maar omdat hiervoor momenteel voldoende aandacht en programma’s zijn, is de zonnecel in deze roadmap buiten beschouwing gelaten.

11 | Roadmap Photonic Devices

Een voorbeeld van het meten aan energie­ processen is het contactloos monitoren van energieverbruik in een compleet elektrisch netwerk. Dat gebeurt door optische metingen te verrichten in het hoogspanningsveld. Op basis daarvan kan worden voorspeld wanneer door overbelasting van het netwerk kort­sluiting ontstaat, zodat correctieve acties mogelijk zijn zoals het afsluiten van netwerkdelen. Het storingsvrij sturen in elektriciteits­ netwerken en het gebruik van Photonic Devices in smart grids voor het meten en regelen van netwerk­capaciteit zijn andere toepassingsvoorbeelden.

Energiebesparing wordt ook bereikt bij Photonic Devices zelf. De beschikbaarheid van breedbandige communicatie (wat thuis­werken en zorg op afstand mogelijk maakt) draagt indirect bij aan verlaging van energieverbruik. Aandachtsgebieden voor de toekomst zijn energiezuinige Photonic Devices en low power networks. Ook bij het meten van energieverbruik zullen Photonic Devices een steeds grotere rol gaan spelen. ICT & communicatie In de ICT- en communicatiesector worden Photonic Devices meer en meer

gebruikt voor signaalprocessing en het ­trans­porteren, verwerken en visualiseren van grote hoeveelheden data. Snelheid en bandbreedte zijn de grote drivers om Photonic Devices te gebruiken. Zend- en ontvangmodules worden ingezet met steeds hogere f­ requenties en bandbreedtes. Naast computernetwerken worden ook televisienetwerken en telecomnetwerken met zowel locale als regionale reikwijdte aan elkaar gekoppeld. Deze laatste slag, fiber to the home, is reeds in gang gezet. Fiber to the home maakt de weg vrij naar toepassingen thuis die extreem hoge bandbreedteverbindingen vereisen. Daardoor zal de vraag naar complete computersystemen gebaseerd op photonic signal processing toenemen.

100 90 80

% verdeling

70 60 50 40 30 20 10 0

2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 Fluorescent

Incand/other

LED

Figuur 6: Marktperspectief van LED ten opzichte van andere gangbare lichtbronnen.

12 | Roadmap Photonic Devices

Bandbreedte is dus het belangrijkste thema voor deze sector. De capaciteit­ behoefte groeit naar verwachting naar 100 Tb/s in 2020. De technologische behoeften liggen op het gebied van schakelbare Photonic Devices, high speed components, multi wavelength puls mode-modulatie en op ­niet-technologische aspecten, zoals massafabricage en ­kostprijsreductie. Wat betreft dat laatste: niet alleen de kosten per bit (verbruiks­ kosten), maar ook de absolute kostprijs van het device ­(investeringskosten) moeten worden gereduceerd. Naast de functionele ­ontwikkelingen staat in deze sector het minimaliseren van ­energie­verbruik op de agenda.

Domotica /lighting Photonic Devices hebben een grote toekomst als lichtbron. Er is een ­toenemende behoefte aan lichtapplicaties voor ­sfeerverlichting, ambiente verlichting en maatwerkoplossingen voor wat betreft gebruikstijd, kleur, intensiteit en vorm. Naast kwaliteit is energie-efficiëntie leidend. Lichtbronnen komen in vele toepassingen terug: in gebouwen, buiten op straat en in vervoermiddelen, elk met een eigen specifieke dynamiek. Daarbij zijn comfort, het gevoel van veiligheid en het kunnen sturen en regelen van verlichting (het gewenste soort licht op een w ­ illekeurig tijdstip en plaats) noodzakelijk. De LED (light emitting diode) zal een groot deel van alle gloeilampen vervangen en wereldwijd voor een substantiële energie­ besparing zorgen (zie ook figuur 6). De LED heeft een hogere efficiëntie dan de meeste bestaande lichtbronnen en kan het energieverbruik ten opzichte van het totale lamppakket met 50% reduceren. LEDs zijn beter te schakelen en te regelen dan conventionele verlichting. Het gebruik van verschillende golflengtes resulteert in een breed scala aan ­toepassingen, zoals ambiente verlichting, gekleurde verlichting, schakelbare kleuren (kleur­temperatuur) en regelbare ­lichtintensiteit. De marktomvang voor speciale verlichting bedraagt enkele miljarden euro’s. Zowel massaproducten als niches zijn potentiële marktgebieden. De uitdaging blijft om goedkope ­lichtbronnen te maken die een groot golflengtespectrum bestrijken.

13 | Roadmap Photonic Devices

De Nederlandse keten kennis-kunde-kassa in deze sector is sterk, maar wel erg afhankelijk van enkele grote spelers. Domotica richt zich op allerhande zorg­ producten voor thuis, zoals het meten van beweging van de bewoner (aanwezigheids­ detectie), contactloos en veilig meten van gas en rook en de irisscan op de voordeur. LEDs, lasers en sensoren zullen in domoticasystemen worden geïntegreerd. Machinebouw In de machinebouw worden Photonic Devices al langere tijd toegepast, met name voor metrologie, precisiemetingen, het meten van materiaallagen en bijvoorbeeld kleurmetingen (lichtintensiteit en kleur­ homogeniteit). Contactloos meten maar ook draadloos meten zijn hierbij grote voordelen. De machinebouw kenmerkt zich door steeds hogere nauwkeurig­heids­eisen aan eindproducten, productieprocessen en kwaliteitscontrole. Omdat binnen de machinebouw aan een zeer breed scala aan producten metingen worden verricht, zijn de gebruiksmogelijkheden van Photonic Devices in deze sector zeer divers.

Defensie/security In de defensiemarkt gaat het met name om metingen en analyses. Het detecteren van explosieven en het op afstand waarnemen van vijandelijke doelen zonder zelf gezien te worden zijn belangrijke thema’s. Contactloos meten met licht is daarbij essentieel en het detecteren van ­bermbommen een grote ontwikkel­ uitdaging. Ook is signaaldetectie met bundelvormers een aandachtsveld, geheel in lijn met de ontwikkelingen van SMARTantennes en fotonische true time delays. De defensie-industrie kenmerkt zich door een hoge toetredingsdrempel, waarna meestal langdurige samenwerking ontstaat. De veiligheidssector (security) is een met defensie vergelijkbaar marktgebied. Het detecteren van onveilige situaties staat hier centraal. Security richt zich op beveiliging van mensen en objecten en bestrijding van criminaliteit. Toepassingen zijn scanners op vliegvelden en grotere openbare ruimten. Safety (het veilig kunnen uitvoeren van handelingen) kenmerkt zich door ­toepassingen zoals temperatuurbeveiliging, snelheids­limitering en verlichting.

Bij productieprocessen ín machines worden producten met licht bewerkt. Voorbeelden hiervan zijn uitharden, drogen, patroneren, snijden, belichten en deformatieprocessen. De lichtintensiteit, de tijdsduur, de spot size en de golflengte spelen daarbij een bepalende rol. Er wordt gebruik gemaakt van een breed scala aan devices. 14 | Roadmap Photonic Devices

15 | Roadmap Photonic Devices

Technologieontwikkeling (push) Vanuit de genoemde toepassingsgebieden bestaat behoefte aan een compleet palet aan functies, dat de gehele optische keten afdekt. In tabel 1 zijn per functie (detectie, emissie, transmissie, bewerking en interconnectie) de technologische behoeften aangegeven. Technologieontwikkeling is nodig om nieuwe voordelen en mogelijkheden te creëren. Technology push is voor Photonic Devices minstens zo belangrijk als market pull, omdat de technologie zich nog in het begin van de levenscyclus bevindt. Een belangrijk ontwikkelingsgebied is verbindingstechnologie. Karakteristiek zijn hier het functionele ontwerp en de samenstelling van componenten, het integratieniveau van de oplossing (functioneel, hybride of heterogeen), de onderlinge component­verbindingen en de performance van de oplossing (signaalsnelheid, afmetingen, kostprijs en realisatiesnelheid). Ook packaging is een belangrijk gebied, omdat het een grote kostenfactor vertegenwoordigt.

Om hergebruik van oplossingen te bevorderen en de systeem­betrouwbaarheid te vergroten, moet worden gestreefd naar standaardisatie. Functieontwikkeling en performanceverbetering zijn bij de ontwikkeling van nieuwe technologieën leidend, pas daarna volgen kostprijsreductie en miniaturisatie. Belangrijk is om eigenschappen van diverse materiaalsoorten te kunnen gebruiken in wisselende samenstelling. Het samen­ voegen van materiaalplatforms zoals SiON, GaAs, InP, TripleX en SOI biedt extra mogelijkheden voor technologische en performance­verbeteringen. De keuze aan materiaalsoorten, het productieproces van component­en, de ontwerptools om componenten te ontwikkelen en te simuleren en de functionaliteit en eigen­schappen van de componenten bepalen in samenhang de uiteindelijke kwaliteit van de oplossing. Deze aspecten moeten een harmonieus geheel vormen.

16 | Roadmap Photonic Devices

Functies

Technologische behoeften

1. Detectie

• • • •

Si-detectoren > 10 Gb Gevoeligheidsverbetering THz-detectoren Low photon, single photon

• Grote diversiteit

y

2. Emissie

en vermogens • Wit licht, groene en blauwe lasers • Levensduur OLED, lichtopbrengst • Verstembare lasers

3. Transmissie

• Multi wavelength • Verliezen verminderen, geen dispersie

4. Bewerking

• Filteren, focusseren, versterken, polariseren • Moduleren, mixen, schakelen

5. Interconnectie

• Low loss (< 0,01dB), low cost (0,05 cent) • Plug & play

Tabel 1: Technologische behoeften aan Photonic Devices per functie.

17 | Roadmap Photonic Devices

Conclusies Fotonica wordt in veel gebieden een kerntechnologie. In steeds meer ­toepassingen bepalen Photonic Devices, meestal in de vorm van embedded ­componenten, de werking van een systeem. Daarbij nemen zij functies over die nu door andere technologie­domeinen (zoals halfgeleiders) worden ingevuld. Voor huidige devices is een combinatie met elektronica vaak noodzakelijk, maar nieuwe technologische ontwikkelingen moeten het mogelijk maken de gevraagde ­functionaliteit expliciet in Photonic Devices uit te voeren. Photonic Devices komen in allerlei ­toepassingen voor en worden steeds breder ingezet. Op basis van verwachte groei­ potentie en belang zullen de volgende markten de vraag naar Photonic Devices en uitbreiding van functionaliteit het meest aanjagen: medisch, water en milieu, energie, ICT & communicatie, domotica/lighting, machinebouw en defensie/security.

18 | Roadmap Photonic Devices

Om meer gestandaardiseerd producten te kunnen maken moet Nederland de beschikking krijgen over goed opgezette fabricagetechnologie, inclusief packaging. Zowel doorbraak­technologie als ­standaar­disatie zijn noodzakelijk om snelheid naar de markt en financiële marge te creëren. Het maximaal inzetten van de Nederlandse kennisbasis, aangevuld met het inter­nationale netwerk, moet een best in class performance opleveren. Het integraal aanpakken van de technische en organisatorische keten is een voorwaarde om Nederland voldoende snel te kunnen ontwikkelen tot een wereldspeler op het gebied van Photonic Devices. Het Neder­landse cluster met ruim 150 ­bedrijven en 25 kennisinstellingen heeft het in zich om in de fotonische industrie voorop te lopen. Het versterken van het fotonische ­ecosysteem is niet alleen een noodzakelijke voorwaarde, maar ook een kans.

19 | Roadmap Photonic Devices

Innovatiegerichte onderzoeksprogramma’s (IOP) stimuleren de interactie tussen onderzoekswereld en bedrijfsleven door: directe betrokkenheid van het bedrijfsleven bij de onderzoeksprojecten; ­kennisoverdracht en netwerkactiviteiten. Kennisinstellingen en bedrijven ontvangen subsidie voor het uitvoeren van de onderzoeks­ projecten. De dagelijkse leiding van een IOP is in handen van de voorzitter van de adviescommissie en de programmacoördinatoren.

Dit is een publicatie van: Agentschap NL NL Innovatie Juliana van Stolberglaan 3 Postbus 93144 | 2509 AC Den Haag T +31 (0) 88 602 54 96 E [email protected] www.agentschapnl.nl/iopphotonicdevices © Agentschap NL | mei 2010 Publicatie-nr. 3IPHD1002 Agentschap NL is een agentschap van het ministerie van Economische Zaken. Agentschap NL voert beleid uit voor diverse ministeries als het gaat om duurzaamheid, innovatie en internationaal. Agentschap NL is hét aanspreekpunt voor bedrijven, kennisinstellingen en overheden. Voor informatie en advies, financiering, netwerken en wet- en regelgeving. De divisie NL Innovatie helpt ondernemend Nederland bij innovaties. Met geld, kennis en contacten.