Onderzoekers van de Universiteit Twente en Harvard University hebben een nieuwe methode ontwikkeld om krachtig ultraviolet (UV) licht te genereren op een fotonische chip. Voor het eerst lukt het om UV-licht op milliwatt-niveau te produceren – een doorbraak die toepassingen in onder meer quantumtechnologie, optische klokken en geavanceerde sensoren dichterbij brengt.
Van rood licht naar UV op chip
Geïntegreerde lichtbronnen vormen de basis van moderne technologie, van datacommunicatie tot sensing. Waar infraroodlicht al goed integreerbaar is op chips, bleef het genereren van kortgolvig licht – zoals UV – een uitdaging.
De onderzoekers lossen dit op via een slim conversieproces: twee rode fotonen worden omgezet in één UV-foton. Waar eerdere pogingen slechts minimale opbrengsten leverden, bereikt deze methode voor het eerst een praktisch bruikbaar niveau – ongeveer honderd keer sterker dan eerdere resultaten.
Precisie op nanoschaal
De doorbraak is mede te danken aan het gebruik van thin-film lithium niobaat, een materiaal dat de laatste jaren sterk in opkomst is binnen de fotonica. De onderzoekers ontwikkelden een uiterst precieze golfgeleiderstructuur, waarin licht gecontroleerd wordt gemanipuleerd.
Door elektrodes direct op de golfgeleider te plaatsen – met een nauwkeurigheid van circa 50 nanometer – konden zij het omzettingsproces veel efficiënter maken. Het resultaat is een compacte, geïntegreerde lichtbron die geschikt is voor toepassingen buiten het lab.
Sleuteltechnologie voor schaalbare systemen
De impact van deze ontwikkeling reikt verder dan fundamenteel onderzoek. Technologieën zoals quantumcomputers en optische atoomklokken zijn nu vaak groot, complex en kostbaar. Integratie van lichtbronnen op chips is essentieel om deze systemen schaalbaar en industrieel toepasbaar te maken.
“Als je dit soort technologie wilt opschalen, moet je richting geïntegreerde oplossingen,” stelt onderzoeker Kees Franken.
Van lab naar industrie
De technologie krijgt inmiddels een vervolg buiten de universiteit. De kennis wordt verder ontwikkeld binnen de spin-off Sabratha, die zich richt op de industrialisatie van deze fotonische chips voor toepassingen in onder meer telecom en draadloze communicatie.
De resultaten zijn gepubliceerd in Nature Communications en onderstrepen opnieuw de sterke positie van Nederland in de wereldwijde fotonica- en chipontwikkeling. Voor de maakindustrie, waar miniaturisatie, precisie en integratie steeds belangrijker worden, markeert deze doorbraak een volgende stap richting nieuwe generatie hightech systemen.
