Photonfirst klaar om wereldleider te worden in geïntegreerde fotonica

Op 1 januari gingen de geïntegreerde fotonica-activiteiten van Technobis, een bedrijf gespecialiseerd in instrumentatie, zelfstandig verder onder de naam Photonfirst. Na vijftien jaar bezig te zijn geweest met het doorontwikkelen van de technologie, was het tijd om onder een eigen naam verder te gaan. Photonfirst is echter nog niet helemaal klaar om volledig op eigen benen te staan. Het bedrijf heeft nog een paar jaar nodig om de reikwijdte en de omvang van haar activiteiten verder op te schalen.

“Onze technologie voor het meten van temperatuur, druk, versnelling, belasting of vormverandering heeft zich al bewezen in een aantal opvallende toepassingen, zoals het systeem voor het detecteren van oververhitting in de Airbus 350-vliegtuigen. Of de sensoren die de uitzwaai van de 101 meten, een wolkenkrabber in de Taiwanese hoofdstad Taipei en tot voor kort het hoogste gebouw ter wereld”, zegt Daan Kersten, CEO van Photonfirst. “Nu moeten we baanbrekende applicaties gaan ontwikkelen die in grote hoeveelheden kunnen worden verkocht. Het kost echter tijd om een technologie om te zetten in rendabele end-to-end oplossingen.”

Photonfirst heeft inmiddels niet een, maar een aantal van dergelijke potentiële baanbrekende applicaties geïdentificeerd en is deze applicaties tegelijkertijd aan het onderzoeken. Dat de op licht gebaseerde sensortechnologie zeer veelzijdig is, blijkt wel uit het feit dat het bedrijf zich richt op maar liefst zes markten: lucht- en ruimtevaart, energie, hightech systemen, infrastructuur, mobiliteit en de medische sector. “We zouden ons graag op één applicatie focussen, maar aangezien we niet weten welke applicatie het eerste aanslaat, kunnen we het ons niet veroorloven om op één paard te wedden”, legt Kersten uit.

Alle bedrijven die een nieuwe technologie op de markt brengen, moeten door die eerste moeilijke fase heen waarin ze een markt moeten vinden die geïnteresseerd is in hun technologie. Maar voor Photonfirst zal het zelfs nog moeilijker zijn. Geïntegreerde fotonica is namelijk pas net uit de demonstratiefase en er zijn maar weinig bedrijven die zich bewust zijn van de mogelijkheden die de technologie biedt, laat staan dat ze de kennis in huis hebben om de technologie toe te passen.

Gelukkig krijgt Photonfirst hulp van PhotonDelta, een Nederlandse organisatie die ten doel heeft de geïntegreerde fotonica-industrie te versnellen. PhotonDelta probeert bedrijven actief te stimuleren om deze disruptieve technologie toe te passen en is erin geslaagd een ecosysteem op te zetten dat in staat is om innovatieve oplossingen te ontwerpen, ontwikkelen en produceren op basis van geïntegreerde fotonica. Photonfirst is koploper binnen dit ecosysteem, maar in 2025 weten we meer, aangezien het Alkmaarse bedrijf ernaar streeft om in dat jaar een omzet van meer dan 100 miljoen euro te genereren, naar de beurs te gaan en wereldleider te worden in innovatie op het gebied van geïntegreerde fotonische meetsystemen. 

De meetsystemen van Photonfirst zijn gebaseerd op optische vezels waarop microstructuren worden aangebracht die Fiber Bragg Gratings (FBG’s) worden genoemd. Deze microstructuren weerkaatsen een deel van het licht dat door de vezel gaat. Wanneer de vezel onder druk komt te staan of wordt blootgesteld aan temperatuursverandering of andere externe invloeden, verandert de golflengte van het gereflecteerde licht evenredig.  Door deze verandering te meten, kan de druk of de temperatuursverandering worden gekwantificeerd.

De instrumenten die worden gebruikt om de verandering van de golflengte te meten, de zogenaamde interrogators, maken normaalgesproken gebruik van optische spectometrie. Spectrofotometers meten de intensiteit van een lichtbundel over een bepaald golflengtebereik. Dergelijke instrumenten zijn nogal groot, duur en vreten ze energie. Daarom heeft Photonfirst een spectrofotometer ontwikkeld die zo klein is dat hij past op een optische chip - of een fotonisch geïntegreerd circuit (photonic integrated circuit - PIC) zoals deze chips officieel worden genoemd. Deze massaproduceerbare PIC’s zijn niet alleen veel goedkoper, kleiner en zuiniger in gebruik dan de reguliere spectrofotometers, ze leveren ook een betere resolutie en zijn nauwkeuriger.

Gezien al deze eigenschappen is het niet raar dat Photonfirst zich richt op zoveel verschillende markten. Binnen de lucht- en ruimtevaart bijvoorbeeld kan het systeem worden gebruikt voor het meten van de belasting van landingsgestellen zonder dat het systeem gewicht toevoegt of extra veiligheidsrisico’s met zich meebrengt. Door bij te houden in welke mate het landingsgestel wordt belast, kan worden bepaald wanneer onderhoud nodig is. In extreme gevallen kan een storing met catastrofale gevolgen worden voorkomen. Een netwerk van FBG-meetpunten kan op dezelfde manier de structurele integriteit van de vleugels controleren. Of van de wieken van een windmolen. Of van bruggen.

In elektrische auto’s kunnen de vezels worden gebruikt om de temperatuurspreiding in de accu te meten en te optimaliseren en zo de actieradius te vergroten – accu’s werken namelijk het meest efficiënt bij een bepaalde temperatuur. Autofabrikanten zullen niet snel een oplossing vinden die minder ruimte inneemt en minder stroom verbruikt.

In de medische sector kan de technologie van Photonfirst worden gebruikt om de temperatuur van een patiënt bij te houden die een MRI-scan ondergaat. Een elektrische temperatuurmeter zou logischerwijze niet werken in een omgeving met een dergelijke hoge elektromagnetische straling. En aangezien het hart ook veel elektrische impulsen genereert, zijn de op vezels gebaseerde sensoren uitermate geschikt voor toepassing in instrumenten voor hartchirurgie, bijvoorbeeld als krachtopnemers.

Bij minimaal-invasieve chirurgie worden de instrumenten naar het aangetaste weefsel gebracht middels holle buisjes die via een klein sneetje in de huid worden ingebracht. Hoewel de schade beperkt blijft en het herstel daardoor sneller verloopt, staat de chirurg bij deze techniek niet in direct contact met het weefsel dat hij manipuleert. De optische vezels van Photonfirst, die zijn ingebouwd in de klemmen, kunnen worden gebruikt om de stevigheid van de grip te meten en op basis daarvan haptische feedback te geven middels het handvat van de klem. “We hebben ontdekt dat doctoren daadwerkelijk het hart kunnen voelen kloppen in een bloedvat”, zegt Kersten.

En dit is slechts een kleine selectie van de toepassingen die Photonfirst al heeft onderzocht samen met potentiële klanten. “Het is geweldig hoeveel toepassingen er al zijn bedacht de afgelopen vijftien jaar. Tientallen, minstens. We hebben met veel bedrijven samengewerkt om te kunnen laten zien waartoe we in staat zijn, maar het kost veel tijd voordat de onderzoeksfase van een dergelijk demonstratieproject is afgerond en een toepassing wordt opgenomen in de productroadmap. We doen er alles aan om dat voor elkaar te krijgen. Wij zijn in ieder geval helemaal klaar voor de volgende stap.”

“Dat onze technologie disruptief is, is eigenlijk een nadeel. In de telecomsector wordt bijvoorbeeld al veel gewerkt met op licht gebaseerde technologieën. Het introduceren van geïntegreerde fotonica zou daar net zo makkelijk kunnen zijn als het vervangen van een onderdeel. Het vergt echter meer inspanning om onze technologie, die is gebaseerd op een principe dat nog niet commercieel wordt toegepast, te integreren in bestaande producten.”

Kersten is blij dat zijn bedrijf de markt voor geïntegreerde fotonica niet alleen hoeft op te zetten. Photonfirst vormt samen met andere bedrijven, die samen de gehele waardeketen van de geïntegreerde fotonica bestrijken, het PhotonDelta ecosysteem. Het kantoor van PhotonDelta in Eindhoven richt zich o.a. op het stimuleren van samenwerking, promoten van de technologie en het verstrekken van financiering.

“PhotonDelta heeft goed werk verricht door de verschillende eindmarkten bewuster te maken van de vele mogelijkheden die geïntegreerde fotonica biedt. Het is voor Photonfirst ook een voordeel dat we ons kunnen presenteren als onderdeel van een wereldwijd toonaangevend ecosysteem. Dit wekt vertrouwen bij potentiële klanten, aangezien zij zich ervan bewust zijn dat het succes van een bedrijf afhangt van de toeleveringsketen waar het bedrijf onderdeel van uitmaakt. Wat Photonfirst betreft: we doen bijna alles zelf, van R&D tot testen en montage. We produceren alleen de PIC’s niet zelf. Deze worden o.a. vervaardigd door Smart Photonics uit Eindhoven, duidelijk een zeer strategische partner voor ons.”

“Als Photonfirst gaat opschalen, moet Smart Photonics daarop in kunnen spelen. Veel bedrijven in het ecosysteem zijn op deze manier van elkaar afhankelijk. Daarom is het belangrijk dat de waardeketen zich op een coherente manier ontwikkeld. PhotonDelta begeleidt dit proces door bijvoorbeeld ervoor te zorgen dat alle bedrijven voldoende financiering krijgen. Als slechts enkele bedrijven erin slagen om financiering te krijgen, zou dat de uitrol van geïntegreerde fotonica ernstig belemmeren. Uiteindelijk hebben we elkaar nodig om ons doel te kunnen bereiken.”

Bron: Bits&Chips