Optical Systems & Integrated Photonics

Dit innovatieprogramma versnelt een fundamentele omslag in draadloze communicatie met Free-Space Optical (FSO) communicatie en photonic integrated circuits (PIC’s). Er wordt ingezet op ultrasnelle, veilige en energie-efficiënte verbindingen als aanvulling op radiofrequenties, toepasbaar in uiteenlopende contexten: van korte indoor-links tot satelliet- en deep-space communicatie. De urgentie is groot, omdat de datavraag explosief groeit terwijl het radiospectrum en de bijbehorende capaciteit hun grenzen bereiken.

Door smalle lichtbundels, adaptieve optiek en energiezuinige terminals worden hogere datasnelheden, lagere latentie en betere beveiliging gerealiseerd, inclusief quantum-veilige links. De realisatie vindt plaats via twee PPS-projecten (FREE 2.0 en PIC’s voor data/telecom), die werken volgens een gefaseerde aanpak: van technologische bouwstenen, via lab-demonstrators, naar industriële validatie in use-cases zoals gebouw-tot-gebouw, drones en satellieten.

De verwachte impact is een sterke groei van nieuwe verdienmodellen in telecom, datacenters, defensie en ruimtevaart, en een grotere strategische autonomie door de ontwikkeling en productie van eigen fotonische componenten.

Binnen dit programma worden geavanceerde optische systemen en geïntegreerde fotonica ontwikkeld en gedemonstreerd voor toepassingen in defensie, veiligheid en ruimtevaart. Het programma richt zich op het versterken van strategische autonomie door sensor-, communicatie- en detectietechnologie in eigen waardeketens te realiseren, met brede dual-use potentie.

Innovatierichtingen omvatten onder meer quantum key distribution voor afluistervrije netwerken, hyperspectrale LiDAR voor surveillance, laser directed energy ter bescherming tegen drones, PIC-gebaseerde multisensors voor CBRN-detectie en quantum-sensoren voor GPS-onafhankelijke navigatie. Daarnaast worden missies georganiseerd om OSIP-bedrijven actief te verbinden aan Defensie. Ook wordt geschikte test- en cleanroom-infrastructuur in kaart gebracht voor gedeeld gebruik. Binnen het programma wordt fundamenteel onderzoek gecombineerd met de ontwikkeling van demonstrators die worden gevalideerd in realistische operationele scenario’s.

De verwachte impact is betere situational awareness, snellere detectie en robuuste, geminiaturiseerde systemen met lager gewicht en energieverbruik (SWaP-C). Dit programma wordt uitgevoerd in samenwerking met onder andere TU’s, TNO, NLR, Thales, Demcon en relevante ministeries en Europese programma’s.

Dit programma richt zich op het slimmer, duurzamer en schaalbaar maken van landbouw en voedselproductie met OSIP-sensoren en lichttechnologie. Zo worden er hyperspectrale, NIR- en SWIR-sensoren ontwikkeld voor real-time monitoring van gewassen, bodem en water, inzetbaar op machines, drones en satellieten. Daarnaast worden fotonische emissiesensoren ontwikkeld, onder meer voor stikstof, methaan en ammoniak, om milieubelasting en biodiversiteit gerichter te kunnen monitoren en sturen.

Voor toepassingen in voedselverwerking worden miniaturiseerde Raman- en laser-speckle sensoren ontwikkeld voor inline kwaliteitscontrole. Parallel worden dynamische verlichtingsstrategieën ontwikkeld die bijdragen aan het verbeteren van plantgroei en dierwelzijn, met een lager gebruik van energie, pesticiden en antibiotica.

Het programma bestaat uit vier publiek-private samenwerkingslijnen, die via een gefaseerde aanpak van lab-prototypes naar pilots bij telers en voedselverwerkers worden gebracht. Deze trajecten zijn gekoppeld aan AI-analyse en proeftuinen. De verwachte impact ligt in hogere opbrengst en (product)kwaliteit, minder verspilling, een lagere ecologische voetafdruk en het behoud van Nederlands exportleiderschap in hightech agri-food.

Binnen dit innovatieprogramma wordt ingezet op het positioneren van Nederland als koploper in optische en fotonische diagnostiek die sneller, nauwkeuriger en patiëntvriendelijker is. Hierin worden vijf publiek-private samenwerkingslijnen ontwikkeld:

• gecombineerde OCT- en fluorescentie-beeldvorming voor structurele én moleculaire diagnose

• draagbare optische wearables voor niet-invasieve monitoring

• geavanceerde retinale beeldvorming voor vroege detectie van oog- en systeemziekten

• integrated-photonics ultrasone transducers (IPUTs) met hogere resolutie en penetratie

• en point-of-care biosensorplatforms op fotonische chips.

Met deze lijnen wordt ingespeeld op zorgdruk, vergrijzing en personeelstekorten. Tegelijkertijd adresseert het programma expliciet de ‘valley of death’ tussen TRL 3 en 6 expliciet door de ontwikkeling van demonstrators en klinische validatie in UMC-living labs. Regulatoire vereisten, waaronder MDR en IVDR, worden vanaf de start integraal meegenomen. De verwachte impact bestaat uit lagere zorgkosten, betere behandeluitkomsten, de ontwikkeling van nieuwe medtech-producten en een versterking van de Nederlandse exportpositie op het gebied van medische technologie.

Dit programma levert optische metrologie en inspectie voor de steeds complexere chipproductie. Er worden snelle, niet-destructieve meetconcepten en instrumenten ontwikkeld voor high-volume manufacturing, zowel in optical systems als via compacte PIC-meetmodules. Vijf publiek-private samenwerkingslijnen richten zich op de ontwikkeling van nieuwe optische metrologiesystemen voor 3D-nano- en PIC-structuren, waaronder EUV-scatterometry en lensless imaging. Daarnaast omvat het programma frequentiekam-lasers als bouwstenen, real-time Fourier-spectroscopie on-chip, AI-gekoppelde fotonica-platforms voor parallelle metingen en THz-tomografie voor snelle inline inspectie.

De aanpak is gericht op TRL 3 tot 6, met demonstrators die in industriële omgevingen worden gevalideerd. De verwachte impact is het behoud en de versterking van het Nederlands leiderschap in optische metrologie, hogere nauwkeurigheid en throughput, nieuwe exportkansen en een grotere technologische soevereiniteit binnen Europese halfgeleiderwaardeketens.

Dit programma koppelt fotonica direct aan de nationale en Europese quantumagenda, met als doel een schaalbaar quantum-ecosysteem te realiseren. Het programma werkt langs drie samenhangende lijnen: De eerste lijn richt zich op de ontwikkeling van fotonische bouwstenen zoals PIC’s, single-photon detectors en optische interfaces en packaging voor toepassing in quantumcomputing, -sensing en -communicatie.

De tweede lijn is gericht op het versterken van het ecosysteem en talent via gedeelde testbeds en infrastructuur, gekoppeld aan Europese initiatieven zoals PIONEER. De derde lijn omvat pilots en demonstrators die de overgang van lab naar markt versnellen binnen domeinen als telecom, gezondheid en defensie.

Om versnippering te voorkomen, wordt ingezet op nauwe samenwerking rond Quantum Delta NL en een Regional Innovation Valley for Photonics and Quantum. De verwachte impact is een versnelde commercialisering van quantumtechnologie, een stevige internationale positionering van Nederland en een grotere strategische autonomie doordat kritieke fotonische componenten binnen de eigen waardeketens blijven.

Dit innovatieprogramma versnelt de energietransitie en het realiseren van  klimaatdoelen, door de inzet van optische en fotonische meet- en energiesystemen. Het programma omvat vier ontwikkellijnen: de eerste richt zich op sensoren voor waterstofketens, waaronder lekdetectie en veiligheid in productie, opslag en transport. De tweede lijn betreft nieuwe fotovoltaïsche (PV-)technieken met pilotplants voor kosteneffectieve zonne-energie. De derde lijn focust op remote sensing via optische satellietinstrumenten voor wereldwijde emissie- en ecosysteemmonitoring, de vierde op slimme verlichtingssystemen met geïntegreerde sensoren voor energiebesparing en environmental sensing.

Binnen alle lijnen wordt OSIP-technologie van conceptfase naar industriële pilots gebracht, zodat processen als vergunningverlening, infrastructuurbewaking en emissiereductie sneller en betrouwbaarder kunnen plaatsvinden.

De verwachte impact bestaat uit veilige opschaling van waterstof, verbeterde monitoring van lucht- en waterkwaliteit, hogere opbrengsten uit zonne-energie, substantiële energiebesparing via verlichting en een verminderde afhankelijkheid van niet-Europese technologieën in kritieke energiewaardeketens.

Dit programma ondersteunt de ontwikkeling van veilige en efficiënte autonome voertuigen, drones en robots met OSIP-sensoren en -communicatie. Er wordt gewerkt aan drie pijlers. De eerste pijler betreft LiDAR-on-chip: compacte, robuuste en kosten-efficiënte oplossingen, gebaseerd op de integratie van lasers, beam steering en detectoren op één fotonische chip. De tweede richt zich op optische interconnects en communicatie in voertuigen voor energiezuinige high-speed data-overdracht. De derde pijler omvat micro-LED-datatransmissie voor extreem snelle korte-afstand links in ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) en robotica. Ondersteunend onderzoek naar packaging en fotonica-elektronica-integratie wordt uitgevoerd om betrouwbaarheid onder trillingen en temperatuurschommelingen te borgen. Prototypes en demonstrators worden in operationele omgevingen getest en doorgeleid naar standaarden en industriële pilots.

De verwachte impact is een versterkte Nederlandse positie in autonome mobiliteit en robotica, de ontwikkeling van nieuwe producten voor automotive, logistiek en defensie en een verminderde afhankelijkheid van buitenlandse sleutelcomponenten.

Naast de toepassingsgebieden worden zeven langjarige onderzoeks-PPS’en uitgevoerd, in de TRL-fasen 1 tot en met 4, die alle innovatieprogramma’s voeden. Deze richten zich op de ontwikkeling van generieke technologische bouwstenen die breed inzetbaar zijn binnen OSIP.

De onderzoekslijnen omvatten onder meer geavanceerde optische sensortechnologie zoals photoacoustics en fiber-Bragg, nieuwe componenten waaronder meta-optics en GRIN-optiek, en innovatieve ontwerpprincipes. Hieronder vallen inverse design, next-gen lichtbronnen en detectoren zoals breedband-lasers en single-foton bronnen, computational optics en digitale ontwerptools, photonics-gebaseerde AI-chips en heterogene integratie voor krachtige, schaalbare PIC-platforms.

Deze onderzoekslijnen versterken de kennisbasis, versnellen miniaturisatie en maakbaarheid en dragen eraan bij dat Nederland voorop blijft lopen in toekomstige OSIP-generaties. De verwachte impact is een continue aanvoer van doorbraaktechnologieën naar de toepassingsvelden, versterking van de internationale concurrentiepositie en meer valorisatie via startups, scale-ups en industriële partners.