‘Nederland is de place to be voor fotonica’

Onderzoeker en bruggenbouwer Idelfonso Tafur Monroy keert terug op zijn oude nest om de geïntegreerde fotonica te bootstrappen tot een industrie van formaat.

In zekere zin is de tijd aangebroken waar Idelfonso Tafur Monroy al zijn hele leven naar toewerkt. Hij is een onderzoeker in hart en nieren, maar niet eentje die zich opsluit in zijn lab; ook de toepassing fascineert hem. Nu zijn vakgebied, de fotonica, op het punt staat de wereld te veroveren, slaat Tafur Monroy daarom twee vliegen in één klap. Hij verheugt zich erop een steentje bij te dragen aan de uitrol van fotonicatechnologie de komende jaren, maar óók op de nieuwe interessante vragen die daarbij onherroepelijk zullen opduiken.

Tafur Monroy, geboren in Colombia, keert voor deze dubbelrol terug bij de TU Eindhoven. Hij promoveerde daar in 1999 en bleef er tot 2006 onderzoek doen, voordat hij naar Denemarken vertrok om een eigen groep te beginnen. In Eindhoven krijgt hij nu ook een eigen leerstoel, Terahertz Photonics Systems. Hij zal die functie combineren met de leiding over de systeemafdeling van het nog in oprichting zijnde Photonics Integration Technology Centre, een initiatief van samenwerkingsverband Photondelta om wetenschap en industrie bij elkaar te brengen en productontwikkeling te versnellen.

Lang hoefde Tafur Monroy er niet over na te denken toen hij de functies kreeg aangeboden, vertelt hij bij een kopje koffie in het nieuwe Flux-gebouw op de TUE-campus. ‘Nederland, en in het bijzonder Eindhoven, is de place to be voor geïntegreerde fotonicasystemen. De technologie werd hier voor een belangrijk deel ontwikkeld en er is, mede dankzij investeringen van Philips in het verleden, al een heel behoorlijk ecosysteem van bedrijvigheid opgebouwd. Het is een perfecte springplank.’

De Colombiaan is het verhuizen bovendien wel gewend. Als kind uit een eenvoudige familie maakte hij in zijn geboorteland weinig kans om naar de universiteit te gaan. Een beurs om te studeren in de Sovjet-Unie was zijn redding, eerst in het Oekraïense Charkov en daarna in Leningrad (nu Sint-Petersburg). Na de val van de Muur stak hij over naar het Westen. In Stockholm stortte hij zich op de informatietheorie, bij een leerling van de befaamde Claude Shannon, maar als promotieonderzoek deed hij liever iets experimenteels. Zo kwam hij in Eindhoven terecht.

Het Nederlands beheerst Tafur Monroy uitstekend – hij leerde de taal van alle landen die hij aandeed tijdens zijn omzwervingen. Enthousiast doet hij tijdens het gesprek uit de doeken wat er de komende jaren op til is voor de fotonica, en hoe Nederland daarvan gaat profiteren. ‘De taart is nog niet gebakken, maar heel groot.’

Bruggen

Volgens marktonderzoek van Optech Consulting zette de fotonica-industrie in 2015 wereldwijd 447 miljard euro om. Daarin is alle technologie meegenomen waarin licht wordt geproduceerd, gemanipuleerd of anderszins wordt gebruikt. Beeldschermen, verlichting en zonnecellen vertegenwoordigen ongeveer de helft van de omzet. De rest deelt Optech op in zeven sectoren: productietechnologie, vision & meten, medisch, telecommunicatie, informatietechnologie, optische componenten en defensie & veiligheid.

Het zijn deze zeven categorieën sectoren die aan de vooravond staan van een revolutie, stelt Tafur Monroy. Zoals ooit individuele elektronicacomponenten steeds verder geminiaturiseerd en geïntegreerd zijn, waardoor ze beter, zuiniger en goedkoper werden, zo zullen ook geïntegreerde lichtsystemen hun opwachting maken die hun op elektronen gebaseerde equivalenten achter zich zullen laten. ‘We beschikken inmiddels over alle basisingrediënten om die te maken, het is nu zaak om een hoger integratieniveau te realiseren. Wat dat aangaat, verkeert de geïntegreerde fotonica nog in de jaren zeventig. Eigenlijk herhaalt de geschiedenis zich’, aldus Tafur Monroy.

Vooral de telecommunicatie staat te trappelen om de nieuwe technologie, zeker nu 5g op de deur bonst. ‘De behoefte aan bandbreedte en het energieverbruik van datacentra groeit zo snel dat de grenzen van de elektronica in zicht komen. De volgende generatie zendontvangers zullen werken bij bandbreedtes van vierhonderd gigabit per seconde, wat elektronisch buitengewoon onpraktisch is.’

‘Om dat te bereiken, moeten we nog drie hindernissen nemen. Een: we moeten meer functionaliteit op minder oppervlak proppen. Er moet binnen drie tot vijf jaar nog een factor honderd tot duizend in dichtheid worden gewonnen. Twee: we moeten een groter deel van het spectrum gaan benutten. Nu werken we nog maar in een beperkt gebied rond 1550 nanometer. En drie: er moeten complementaire elektronische schakelingen komen als interfaces van en naar de fotonische delen.’

Vooral dat laatste ligt op het werkgebied van Tafur Monroy, die is gespecialiseerd in het systeemniveau. In elektronicatermen houdt hij zich bezig met de architectuur, het systeemontwerp en de validatie en simulatie van fotonische systemen. ‘De fotonica heeft het stadium bereikt dat een systeem meer is dan een verzameling componenten. Fotonica, elektronica, hun interfaces en de software: ze moeten in samenhang worden bekeken. Dat betekent dat mensen uit verschillende disciplines en komende generaties studenten met elkaar moeten leren praten. Ook dat maakt onderdeel uit van mijn missie hier.’

‘Ik hou ervan bruggen te bouwen. Tijdens een sabbatical in Silicon Valley heb ik een workshop opgezet voor wetenschappers, investeerders en ondernemers. In Denemarken heb ik meegewerkt aan de oprichting van Bifrost Communications, een bedrijf dat een ontvanger heeft ontwikkeld die tien keer gevoeliger is voor licht en zodoende veel grotere glasvezelnetwerken mogelijk maakt. Ik heb dus de nodige ervaring om stakeholders met elkaar te verbinden. Dat zal van pas komen.’

Sleutelpositie

Een complicatie voor de uitrol van fotonicatechnologie is dat de ontluikende industrie nog niet de organisatiegraad kent die de elektronicasector heeft opgebouwd – ook wat dat betreft, loopt de fotonica decennia achter op de elektronica. Standaarden, bijvoorbeeld, zijn er niet. Mede daardoor werken bedrijven in verschillende delen van de waardeketen niet altijd optimaal samen. Sommige delen van die keten zijn bovendien ook nog niet sterk ontwikkeld. Zo is het inpakken van lichtchips nog altijd handwerk.

Nederland is met de ontwikkeling van de keten wel verder dan de rest van de wereld, zegt Tafur Monroy. ‘Nergens is er een completer fotonisch ecosysteem te vinden. We hebben vooraanstaand wetenschappelijk onderzoek, Smartphotonics als foundry, systeemontwikkelaars zoals Lionix en ontwerpsoftwaremakers zoals Phoenix Sofware.’

Geen wonder dus dat Nederland het voortouw neemt om de fotonica vaart te geven. Het vanuit Eindhoven opererende Europese ecosysteem Photondelta telt inmiddels 220 leden, die door samenwerking en kennisdeling de fragmentatie willen bestrijden. Onlangs organiseerde de club de eerste bijeenkomst van het World Technology Mapping Forum, waar naar het voorbeeld van de halfgeleiders een roadmap voor de ontwikkeling van fotonica wordt opgesteld. Delegaties uit de hele wereld reisden ervoor naar ’s-Hertogenbosch om, in Tafur Monroys beeldspraak, het recept van die hele grote taart te bespreken.

‘Ik proefde daar een hele positieve en constructieve sfeer’, vertelt Tafur Monroy. ‘Zowel de ontwikkelaars als de mensen die oplossingen willen, waren daar aanwezig. Iedereen begrijpt dat we nader tot elkaar moeten komen om meters te maken. Het is uitgesloten dat partijen geïsoleerd van elkaar sneller kunnen werken.’

Als manager bij het Photonic Integration Technology Centre zit Tafur Monroy op een sleutelpositie om die versnelling te realiseren. ‘We gaan standaard bouwblokken ontwerpen om de systeemintegratie te versnellen. Snel betrouwbaar prototypes realiseren en ontwikkelcycli verkorten, mede met behulp van de laatste wetenschappelijke inzichten, dat is wat nu het meest nodig is om de fotonica vooruit te helpen.’