- Onderzoek , Sluitstuk
- 12/03/2025
Sluitstuk | Snelweg voor licht
David De Vocht ontwikkelde een nieuwe manier om licht door een optische chip te sturen
Om optische sensoren nog kleiner en nauwkeuriger te kunnen maken, ontwikkelde TU/e-onderzoeker David De Vocht een innovatieve technologie om licht door fotonische geïntegreerde circuits te sturen. Met deze nieuwe sensoren kun je de luchtkwaliteit – bijvoorbeeld in een schoolklas of in een auto – beter meten. Vandaag verdedigt De Vocht zijn proefschrift aan de faculteit Electrical Engineering.
Aan woorden geen gebrek. David De Vocht is een echte prater, en nog snel ook. Hij verontschuldigt zich met typisch Vlaamse tongval, schouderophalend. “Ik stond als klein kind al bekend als ‘de babbelaar’. Mijn hoofd staat nooit stil.” Dat blijkt ook uit alle projecten die hij afgelopen jaren naast zijn promotieonderzoek opzette. Als een van de oprichters van de 632 nm-Podcast sprak hij met grote namen uit de wetenschap. Wie hem het meest zijn bijgebleven?
“De man achter de gravitatiegolven, Nobelprijswinnaar Rainer Weiss. Of geneticus George Church, een van de CRISPR-pioniers en grondlegger van het Personal Genome Project. En natuurlijk Federico Capasso, de uitvinder van de metalens waar ik ook zelf veel mee heb gewerkt. Ze gaven een geweldig kijkje in de keuken, over het opzetten van start-ups, ontdekkingen die soms puur toeval zijn, de kracht van nieuwsgierigheid en doorzettingskracht. En ik leerde dat hoezeer je ook opkijkt tegen deze toponderzoekers, het ook gewoon mensen zijn. Ik stap nu sneller op onbekende professoren af en dat leidt vaak tot verrassende gesprekken.”
Daarnaast leidt De Vocht een discussieplatform voor jonge fotonica-onderzoekers en geeft hij carrièreworkshops bij de internationale studentenvereniging Board of European Students of Technology. “Van trainingen over leiderschap tot probleemoplossend denken. Om zelf een trainer te worden heb ik ook veel cursussen moeten volgen. Nu ben ik geregeld een week op pad om binnen Europa een training te geven. Recent nog in Duitsland en Oostenrijk. Collega’s vinden het lastig te begrijpen dat ik naast mijn promotieonderzoek zoveel werk, maar ik zie dit niet als werken. Studenten zijn enorm gemotiveerd en het geeft echt veel voldoening om hen te kunnen helpen. En alle soft skills-kennis maakt mij ook weer een sterkere ingenieur, met ondertussen best een groot netwerk.”
Platte pannenkoek
Terug naar de kern. Want naast alle nevenactiviteiten – hij noemt ook nog snel het voorzitterschap van PhE, Photonics Society Eindhoven – was De Vocht toch voornamelijk in het lab te vinden, benadrukt hij glimlachend. Tussen de lasers, lenzen en spiegels. In samenwerking met ASML, ProDrive Technologies, SMART Photonics en Lionix Internationals was hij betrokken bij het ontwerpen van een nieuwe generatie optische sensoren.
Eerst een kort lesje actieve optische sensoren, zegt De Vocht. “Onze ogen zijn passief, ze vangen het licht op van de omgeving rondom ons om objecten te identificeren. Actieve optische sensoren sturen zelf (laser)licht uit. Via een lens wordt dit licht dan gefocust op een object en met het licht dat terugkomt kun je een object analyseren. In heel veel industriële processen worden zulke optische sensoren gebruikt, om de kwaliteit, veiligheid en controle te verbeteren. Zo kun je bijvoorbeeld met deze sensoren gevaarlijke fijnstofdeeltjes detecteren in de lucht. Of ze zijn cruciaal voor semiconductorbedrijven om chips te produceren. En omdat er steeds meer en nauwkeuriger gemeten moet worden, ontwikkelen we nieuwe technologie waarmee we sensoren kleiner en goedkoper kunnen maken voor nog meer toepassingen.”
Wat is er dan zo nieuw aan het type sensoren van De Vocht en zijn collega’s? “We zijn aan de slag gegaan om minuscule optische onderdelen die een lichtstraal kunnen sturen, zoals lensjes en spiegeltjes, te integreren in een enkele optische chip. Alles dus in het klein, op één chip. De gebogen lenzen die je wel kent, zijn niet praktisch voor in zulke compacte toepassingen, die nemen veel te veel ruimte in. De lensjes worden dus echte platte pannenkoeken met een dikte van enkele micrometers.”
Keep your lane
Allemaal om de lichtstraal dus minutieus te kunnen sturen, legt De Vocht uit. Hij vergelijkt het met een snelweg, waar je als automobilist maar één kant op kunt. “Wij hebben geprobeerd technologie te ontwikkelen om op- en afritten zo efficiënt mogelijk te kiezen voor een goede doorstroming.” In het lab werkte De Vocht aan een innovatieve oplossing om de lichtstraal te sturen met optische koppelaars. Hij gebruikte daar geen normale lenzen voor, maar golfgeleidershologrammen.
“We sturen op onze optische chips het laserlicht in een dunne golfgeleider, als een snelweg voor licht. Daarin hebben we een serie van nanostructuren gebouwd die kleinere afmetingen hebben dan de golflengte van het laserlicht. Hierdoor gelden de normale principes van de klassieke optica niet meer. De positie van een nanostructuur bepaalt nu in welke richting het licht wordt gestuurd, de dikte hoe sterk de lichtstraal is. Zo hebben we dus een ultradunne component waardoor de lichtstraal niet alle kanten op gaat, maar netjes op de snelwegbaan blijft. En, ook bijzonder, we kunnen dat met verschillende kleuren licht.”
Bouwblokjes
Naast veel experimenteel werk heeft De Vocht ook een model gemaakt hoe de miljoenen nanostructuren interacteren met licht, en op welke manier ze dat kunnen beïnvloeden. “Met de bestaande, commerciële software waren we dagen aan het rekenen hoe het licht dat we erin stuurden eruit kwam. Dankzij ons model kunnen we dat nu in enkele secondes, dat helpt enorm bij het sensorontwerp. De experimentele meetresultaten hebben we in een vervolgstudie kunnen vergelijken met de simulaties, en die blijken heel goed overeen te komen.”
De bouwblokjes met golfgeleidershologrammen en spiegels kunnen uiteindelijk ingezet worden in kleine sensoren voor precisiemetingen. Zoals in gassensoren, die de hoeveelheid fijnstofdeeltjes in lucht kunnen bepalen. “Dat kan in een klaslokaal, voor een beter binnenklimaat voor de leerlingen, of bijvoorbeeld in een auto, die vervolgens de ventilatie op basis van de gemeten resultaten kan aanpassen. Zo ver ben ik niet gekomen, maar we hebben een opzet gemaakt voor praktische toepassingen. Op korte termijn richt ik me nu eerst op mijn verdediging, waar ik als ‘babbelaar’ zeker naar uitkijk”, bekent hij met glimmende ogen. “Een uur ongegeneerd over je onderzoek praten.”
PhD in the picture
Wat zien we op je proefschriftkaft?
"Vier jaar onderzoek in één foto. Een chip met inkomende en uitgaande fibers, en met een visuele laser kunnen we het hele lichtpad volgen. De koppelaars heb ik iets vergroot omdat ze zo klein zijn, maar je ziet dat die heel mooi het licht kunnen focussen."
Je bent op een verjaardagsfeestje. Hoe leg je in één zin uit wat je onderzoekt?
Hij lacht. “Een uitdaging voor een prater zoals ik. Dat ik optische sensoren om fijnstof te meten of heel accuraat een positie in een machine te bepalen nog kleiner probeer te maken zodat we nog nauwkeuriger kunnen meten.”
Hoe kun je naast je onderzoek stoom afblazen?
“Ik krijg heel veel energie van al mijn bezigheden voor verschillende onderzoekscommunities, zoals de soft skills trainingen die ik geef. Daar heb ik ook heel wat goede vrienden aan overgehouden, waar ik dan weer mee kan sporten of een pintje kan pakken.”
Welke tip had je als beginnende PhD-kandidaat willen krijgen?
“Volg zo snel mogelijk na je start de cursus Mind your PhD. Superinteressant en leerzaam. Ik volgde hem pas in mijn tweede jaar, maar het zou me aan het begin nog meer op weg geholpen hebben.”
Wat is je volgende hoofdstuk?
“Ik vind technologie rondom optische chips en sensoren machtig interessant, daar wil ik graag verder aan werken. Universiteit of bedrijfsleven, dat ligt nog open. En zo gauw ik een nieuwe plek heb gevonden, bouw ik mijn coachingsactiviteiten weer verder uit.”
Discussie