De missie van het lectoraat Fotonica is om een bijdrage te leveren aan een gezonde wereld en een duurzame economie door het toepasbaar maken van fotonicatechnologie in de praktijk. Ook draagt het lectoraat bij aan het opleiden van professionals op het gebied van fotonica, wat een voorwaarde is om de ambities van deze groeisector waar te kunnen maken. Het fotonica-onderzoek richt zich op de toepassingsgebieden Hightech Industrie, Agri & Food, Energie & Klimaat, Gezondheid en Mobiliteit. Digitale technologie speelt in de ontwikkeling van deze gebieden een grote rol, waarbij fotonica op grote schaal wordt ingezet voor het verkrijgen van digitale data. Sleutelwoorden voor het onderzoek zijn spectroscopie, metrologie en afbeelding. Het toepassen van optische sensoren, zoals spectrometers of glasvezel-gebaseerde sensoren, speelt hierbij een centrale rol. De lijfspreuk van de natuurkundige Heike Kamerlingh Onnes ‘door meten tot weten’, aangevuld met ‘door weten tot handelen’, is dan ook een leidraad voor het lectoraat.
DOCUMENT
Poster presentatiion, project Printing Makes Sense at Saxion Research Conference 2018, Deventer. Photonics is declared one of the key enabling technologies by the European Commission. Photonics finds its application in many fields ranging from health & well-being to smart industries. Automation in photonics manufacturing and packaging is key to reduce assembly costs. At the NanoPhysics Interface group, we investigate how to quickly couple light from one fiber to another fiber (or photonic devices). After developing a theoretical model and performing measurements, we find that the alignment is most critical in the lateral translations (x and y-direction) and that pre-alignment of the photonic components can be realized by a smart design of the chip holder
MULTIFILE
Light scattering is a fundamental property that can be exploited to create essential devices such as particle analysers. The most common particle size analyser relies on measuring the angle-dependent diffracted light from a sample illuminated by a laser beam. Compared to other non-light-based counterparts, such a laser diffraction scheme offers precision, but it does so at the expense of size, complexity and cost. In this paper, we introduce the concept of a new particle size analyser in a collimated beam configuration using a consumer electronic camera and machine learning. The key novelty is a small form factor angular spatial filter that allows for the collection of light scattered by the particles up to predefined discrete angles. The filter is combined with a light-emitting diode and a complementary metal-oxide-semiconductor image sensor array to acquire angularly resolved scattering images. From these images, a machine learning model predicts the volume median diameter of the particles. To validate the proposed device, glass beads with diameters ranging from 13 to 125 µm were measured in suspension at several concentrations. We were able to correct for multiple scattering effects and predict the particle size with mean absolute percentage errors of 5.09% and 2.5% for the cases without and with concentration as an input parameter, respectively. When only spherical particles were analysed, the former error was significantly reduced (0.72%). Given that it is compact (on the order of ten cm) and built with low-cost consumer electronics, the newly designed particle size analyser has significant potential for use outside a standard laboratory, for example, in online and in-line industrial process monitoring.
MULTIFILE
Various companies in diagnostic testing struggle with the same “valley of death” challenge. In order to further develop their sensing application, they rely on the technological readiness of easy and reproducible read-out systems. Photonic chips can be very sensitive sensors and can be made application-specific when coated with a properly chosen bio-functionalized layer. Here the challenge lies in the optical coupling of the active components (light source and detector) to the (disposable) photonic sensor chip. For the technology to be commercially viable, the price of the disposable photonic sensor chip should be as low as possible. The coupling of light from the source to the photonic sensor chip and back to the detectors requires a positioning accuracy of less than 1 micrometer, which is a tremendous challenge. In this research proposal, we want to investigate which of the six degrees of freedom (three translational and three rotational) are the most crucial when aligning photonic sensor chips with the external active components. Knowing these degrees of freedom and their respective range we can develop and test an automated alignment tool which can realize photonic sensor chip alignment reproducibly and fully autonomously. The consortium with expertise and contributions in the value chain of photonics interfacing, system and mechanical engineering will investigate a two-step solution. This solution comprises a passive pre-alignment step (a mechanical stop determines the position), followed by an active alignment step (an algorithm moves the source to the optimal position with respect to the chip). The results will be integrated into a demonstrator that performs an automated procedure that aligns a passive photonic chip with a terminal that contains the active components. The demonstrator is successful if adequate optical coupling of the passive photonic chip with the external active components is realized fully automatically, without the need of operator intervention.
Het uitlijnen van optische elementen, zoals hoogwaardige lenzen, is een complexe taak die essentieel is voor de assemblage van diverse fotonische producten. Een circulaire lens moet in vijf vrijheidsgraden worden gepositioneerd, terwijl asymmetrische lenzen in zes vrijheidsgraden uitgelijnd moeten worden. Huidige technieken in de industrie en onderzoeksinstellingen richten zich op het optimaliseren van dit proces, bijvoorbeeld door gebruik te maken van algoritmen die meerdere assen tegelijkertijd kunnen aanpassen in plaats van sequentiële stappen. SuperLight Photonics (SLP), een spin-off van de Universiteit Twente, ontwikkelt breedbandige supercontinuüm lasers die worden toegepast in onder andere spectrometrie en optische coherentietomografie (OCT). Eén van hun producten is een breedbandige lichtbron gebaseerd op een fotonische chip. Om dit licht optimaal te benutten, moet het met een lens worden gecollimeerd, wat momenteel handmatig gebeurt door het analyseren van het bundelprofiel en parameters zoals grootte en circulariteit van de lichtbundel. De uitlijning van de lens is cruciaal voor de prestaties van het systeem, vooral omdat de complexe interacties tussen meerdere optische componenten elkaars uitlijning kunnen beïnvloeden. SLP heeft daarom Saxion's lectoraat Applied Nanotechnology (ANT) benaderd om een geautomatiseerd uitlijnalgoritme te ontwikkelen dat de lens nauwkeurig en consistent positioneert volgens specificaties. Het ANT heeft uitgebreide ervaring met fotonische integratie, precisieassemblage, en heeft samenwerkingen met bedrijven en onderzoeksinstellingen zoals de Universiteit Twente. Dit project onderzoekt nieuwe methoden om het uitlijnproces te automatiseren, met focus op snelheid, kostenefficiëntie en een lage foutmarge. Hoewel vastlijmen buiten de huidige scope valt, zal dit aspect mogelijk in een vervolgproject worden meegenomen. Het project sluit aan bij landelijke innovatiethema's en draagt bij aan de verdere ontwikkeling van geavanceerde productieprocessen binnen de fotonica-industrie.
De fotonica industrie groeit snel in de Brainport regio. Multinationals zoals ASML maar ook talrijke MKB bedrijven werken aan complexe optische systemen. Zij concurreren op wereldschaal met high tech Amerikaanse en Aziatische spelers. Innovatie is daarvoor van levensbelang. R&D in de sleuteltechnologieën fotonica en geavanceerde fabricagesystemen levert hiervoor de hoognodige brandstof. Zo ook in dit project, waarbij twee high tech MKB bedrijven met Fontys 3D-metaalprinten op een nieuwe en slimme manier gaan inzetten voor fotonica. Complexe optische systemen bevatten meestal meerdere optische elementen (o.a. lenzen, spiegels, diafragma’s, lichtbronnen, sensoren) die onderling in een lichtweg gerangschikt en onderling afgesteld moeten worden. Hierbij worden z.g. optische mounts gebruikt om de positie van de individuele optische elementen vast te leggen en na afstelling te fixeren. Een dergelijke afstelmethode is vaak lastig (divergerend), tijdrovend en niet stabiel over de tijd (want gebaseerd op wrijvingsfixatie). Dit project onderzoekt als oplossing een geïntegreerd monolithisch 3D geprint montagesysteem voor optische elementen, waarbij gebruik gemaakt wordt van ruimtelijk georiënteerde 3D geprinte monolithische elementen (spelings- en hysteresevrij). Hiermee wordt de insteltijd aanzienlijk gereduceerd (doelstelling: 100% --> 30%). Tevens zal de positioneernauwkeurigheid van de hierin opgenomen optische elementen gegarandeerd zijn. Tenslotte zullen er aanzienlijk minder onderdelen in het ontwerp aanwezig zijn. Als concrete en haalbare demonstrator wordt een 3D geprinte monolithische optical mount voor de lichtweg van de “Arinna” laserinterferometer van IBSPE uit Eindhoven ontwikkeld en getest. 3D geprinte optical mounts zijn nieuw voor dit netwerk, maar Fontys en aangesloten ondernemers hebben de relevante ervaring in 3D metaalprinten en fotonica. Met de aangesloten fotonica netwerken Photon Delta, DSPE en PhotonicsNL kan de opgedane kennis snel opgeschaald worden en kunnen ook andere MKB bedrijven deze innovatieve mounts voor hun supply chains gaan onderzoeken.
