Jonge Akademie Nathalie

‘Fotonica wordt steeds belangrijker’

Nathalie Vermeulen

Nathalie Vermeulen (1981) promoveerde summa cum laude in 2008 aan de faculteit Ingenieurswetenschappen van de Vrije Universiteit Brussel. Ze is sinds 2013 professor in laserfysica in het B-PHOT-team, de VUB-groep die onderzoek verricht naar lichttechnologie: fotonica. Met haar fundamentele lichtonderzoek ontwikkelt zij lasers die als sensoren kunnen dienen.

Door Ivar Dilweg

Elektronica kennen we, maar wat is fotonica?

‘Fotonica gebruikt lichtdeeltjes, zoals elektronica elektronen gebruikt. Het heeft al vele toepassingen waar heel wat mensen zich niet van bewust zijn. Het scherm van je mobieltje gebruikt lichttechnologie om zo’n hoge resolutie te behalen. Bovendien maken we allemaal gebruik van een wereldwijd netwerk van optische vezels om snellere internetconnecties op lange afstand te realiseren.’

U ontwikkelt dus fotonische, in plaats van elektronische chips?

‘Dat klopt. In plaats van elektronen reist hier licht doorheen, in de vorm van fotonen. Die bewegen over zogenoemde golfgeleiders die een groot circuit vormen. Onder bepaalde omstandigheden kan het materiaal waaruit die golfgeleiders bestaan, de eigenschappen van de fotonen beïnvloeden. Men spreekt dan van nietlineaire interacties tussen de fotonen en het materiaal. Daardoor krijgt het licht dat door de golfgeleiders reist een andere kleur of golflengte. Ik onderzoek dit soort interacties, die wij nodig hebben voor allerlei toepassingen van fotonische chips.’

Wat zijn niet-lineaire interacties?

‘Stel je voor dat je met twee personen een springtouw ronddraait. Als je allebei voorzichtig op en neer beweegt met je hand, zal het touw dezelfde frequentie volgen – dat is een lineaire interactie. Maar als je het touw heftig ronddraait, zal deze allerlei afwijkende bewegingen maken – een nietlineaire interactie. Dit werkt ook zo met licht. Als je een fotonische chip sterk belicht, zal deze in overdrive gaan. Dan straalt de chip licht uit bij golflengten die niet in de invallende lichtbundel aanwezig waren. Op die manier kun je een breed spectrum van kleuren opwekken.’

Waar is zo’n breed spectrum van kleuren voor nodig?

‘Daardoor kan de chip bijvoorbeeld het glucosegehalte in bloed analyseren. Glucose absorbeert specifieke golflengten van

'Er is straks een pijnloze methode om glucose in bloed te checken’

licht, met name in het infrarood. Als de chip een breed spectrum op je bloedvat schijnt, reflecteert het licht dat het bloed niet absorbeert terug op de chip. Hoe minder infrarood reflecteert, hoe meer glucose in het bloed aanwezig is. Met een breed spectrum van golflengten vang je meer data en krijg je dus een nauwkeurigere meting. Hierdoor zou een diabeticus volkomen pijnloos zijn glucosegehalte kunnen checken. Stel je bijvoorbeeld zo’n chip voor in een horloge, die zo rechtstreeks in de polsaders kijkt en je waarschuwt als je suiker nodig hebt. Fotonische chips zouden bijvoorbeeld ook bacteriën kunnen vinden, dat is handig voor drinkwatercontroles en de voedselindustrie.’

Wat maakt het moeilijk om uw onderzoek toe te passen in techniek?

‘Voor niet-lineaire fotonica moeten chips op een uiterst nauwkeurige manier worden gefabriceerd. Anders werken die interacties niet. Maar de technologie van chipfabricatie staat gelukkig ook niet stil. De nauwkeurigheid hiervan verbetert jaar na jaar. Ik verricht op dit moment onderzoek naar chips die bedekt zijn met grafeen, een nieuwe vorm van koolstof die slechts één atoom dik is. Dit materiaal gaat snel in overdrive bij lichtbestraling en is daarom perfect voor niet-lineaire interacties.’

Speelt fotonica een grote rol in de toekomst?

‘Fotonica in de brede zin van het woord zal een steeds belangrijkere positie innemen in de dagelijkse omgeving. Daarvan zien we al enkele voorproefjes. Denk aan virtual reality-beeldtechnieken die we steeds vaker in games gebruiken. Elektronicabedrijven willen nu met fotonische schakelingen computers sneller en efficiënter maken. Een volledige optische PC is ooit al gedemonstreerd. Fotonische chips zullen echter niet snel de elektrische chips vervangen; fotonische circuits zijn namelijk minder compact. Ik denk dat fotonica en elektronica hand in hand moeten werken. De combinatie van verschillende technologieën, dat is waar de toekomst ligt.’