Das Schweizer Unternehmen Luxtelligence S.A. aus Lausanne ist in den exklusiven Club der innovativsten Lieferanten der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) aufgenommen worden, nachdem es auf der Messe Space Tech Expo Europe 2025 in Bremen am 20. November 2025 die prestigeträchtige Auszeichnung ESA Innovation Award erhalten hat. Es handelt sich um eine Anerkennung, die betont, wie wichtig es für die europäische Raumfahrtindustrie ist, neue, fortschrittliche photonische Chips zu entwickeln, die in der Lage sind, auf die Explosion des Datenverkehrs zu reagieren – von Quantencomputern bis hin zu Satellitenkommunikationssystemen.

Die Auszeichnung ist Teil eines breiteren Programms zur Bewertung von Lieferanten der ESA, in dessen Rahmen die Agentur jedes Jahr Unternehmen auszeichnet, die die Messlatte in Bezug auf Qualität, Zuverlässigkeit und Innovation höher legen. Neben Luxtelligence, das den Preis für Innovation entgegennahm, wurden in diesem Jahr auch die Unternehmen OHB aus Deutschland und Huld aus Finnland hervorgehoben, womit die ESA eine klare Botschaft sendet, dass es ohne erstklassige Industriepartner kein sicheres und wettbewerbsfähiges Europa im Weltraum gibt.

Was der ESA Innovation Award darstellt

Der ESA Innovation Award ist Teil eines Systems von Auszeichnungen, die die Agentur an Lieferanten auf der Grundlage langjähriger Zusammenarbeit, Ergebnisse in Projekten und Beiträge zur gesamten europäischen Weltraumgemeinschaft verleiht. Im Rahmen dieses Systems werden unter anderem Auszeichnungen für Exzellenz (Excellence Award) und Innovation (Innovation Award) vergeben. Während die Auszeichnung für Exzellenz die beständige Qualität der Lieferungen und des Managements großer Programme betont, konzentriert sich die Auszeichnung für Innovation auf Unternehmen, die Technologien entwickeln, die die Spielregeln ändern können.

Die diesjährige Verleihung fand am Stand der ESA auf der Messe Space Tech Expo Europe 2025 in Bremen statt, einer der wichtigsten europäischen Veranstaltungen, die der Raumfahrtindustrie und begleitenden Technologien gewidmet ist. Genau in diesem Umfeld wurde Luxtelligence als Beispiel dafür hervorgehoben, wie langjährige Grundlagenforschung in konkrete, marktreife Produkte umgewandelt werden kann – und das im Bereich der integrierten Photonik, die heute eine der strategischen Säulen fortschrittlicher Kommunikationssysteme ist.

Die Auszeichnung überreichte im Namen der ESA Britta Schade, Leiterin der Abteilung für Qualität, die dabei betonte, dass der Innovation Award nicht nur für einen einzelnen Erfolg verliehen wird, sondern für einen ganzheitlichen Ansatz bei Innovationen. Im Fall von Luxtelligence bedeutet dies die systematische Beseitigung wesentlicher Hindernisse, die jahrelang die breitere Anwendung fortschrittlicher photonischer Schaltungen in Weltraummissionen bremsten – vor allem Probleme mit der Abstimmung (Tunability), den Grenzwerten von Spannung und Leistung sowie den Anforderungen an die industrielle Produktion.

Luxtelligence: von der EPFL zur ersten europäischen Plattform dieser Art

Luxtelligence S.A. ging aus dem Forschungsumfeld der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) hervor, einer der führenden europäischen Institutionen im Bereich der Photonik und Quantentechnologien. Das um das Labor für integrierte Photonik versammelte Team arbeitete jahrelang daran, wie man ferroelektrische Dünnschichtmaterialien – vornehmlich Lithiumniobat (LiNbO₃) und Lithiumtantalat (LiTaO₃) – in optoelektronische Chips umwandeln kann, die bereit für eine massenhaftere Produktion sind.

Im Gegensatz zu klassischen siliziumbasierten photonischen Plattformen ermöglichen ferroelektrische Dünnschichten eine extrem schnelle Lichtmodulation bei geringeren Verlusten und niedrigeren Betriebsspannungen. Eine solche Kombination von Eigenschaften ist ideal für die Bedürfnisse von Rechenzentren, Telekommunikationsnetzen der nächsten Generation, Quantenkommunikation, aber auch für anspruchsvolle Weltraumanwendungen, bei denen jedes Watt Leistung und jedes Gramm Masse eine entscheidende Rolle spielen.

Luxtelligence ist das erste europäische Unternehmen, das kommerziell optoelektronische photonische integrierte Schaltkreise auf Basis von ferroelektrischen Dünnschichtmaterialien anbietet und darauf abzielt, den bestehenden Standard der Siliziumphotonik zu übertreffen. Das Unternehmen positioniert sich als spezialisierter Lieferant von Chips aus Dünnschicht-Lithiumniobat und Lithiumtantalat, mit Fokus auf sehr breite Bandbreite, geringe Verluste und Stabilität unter anspruchsvollen Betriebsbedingungen.

Obwohl ähnliche Forschungen und Pilotproduktionen im Bereich fortschrittlicher photonischer Chips in den Vereinigten Staaten von Amerika und China durchgeführt werden, gehört Luxtelligence zu den ersten in Europa, die diese Technologie in reife Produkte für industrielle Nutzer umwandeln. Dabei stützt es sich auf ein starkes multidisziplinäres Team, an dem Experten für Photonik, Elektronik, Quantentechnologien, Materialien und Wirtschaftsingenieurwesen teilnehmen.

Warum optische Kommunikation eine strategische Frage ist

Optische Kommunikation, sei es über Glasfasern oder den freien Raum, ist zu einer Schlüsselinfrastruktur für die moderne digitale Gesellschaft geworden. Da die Nachfrage nach Datenübertragung wächst – angetrieben durch die Ausbreitung von 5G und zukünftigen 6G-Netzen, Cloud-Diensten, künstlicher Intelligenz und Quantencomputing – wächst auch der Druck auf die bestehenden Telekommunikations- und Datennetze.

In der terrestrischen Kommunikation hat der Übergang von Kupferleitungen zu Glasfasern bereits ein sprunghaftes Wachstum der Kapazität ermöglicht, aber all diese Netze im Hintergrund benötigen kompakte, sparsame und skalierbare optoelektronische Chips, die das Lichtsignal in ein elektrisches umwandeln und umgekehrt. Chip-basierte Optoelektronik, wie sie Luxtelligence entwickelt, ist das Herzstück solcher Systeme: Modulatoren, Verstärker und andere photonische Blöcke, die bestimmen, wie viele Daten wir über einen Kanal und bei welchem Energieverbrauch übertragen können.

Wenn man dazu noch Weltraumanwendungen hinzufügt – Satelliten-Breitbandnetze, optische Verbindungen zwischen Satelliten, Satellit-Boden-Kommunikation und zukünftige Quantenkommunikationsnetze – wird klar, warum die ESA optische Kommunikation als strategischen Bereich betrachtet. Free-Space Optical (FSO) Kommunikation, beziehungsweise die Übertragung eines Lichtstrahls durch die Atmosphäre oder das Vakuum, ermöglicht hohe Übertragungsgeschwindigkeiten ohne die Notwendigkeit schwerer und komplexer Radiofrequenzantennen.

Die Technologie, die Luxtelligence entwickelt, zielt direkt auf genau solche Szenarien ab. Ihre Chips könnten der Kern zukünftiger optischer Terminals für Satelliten, Bodenstationen und Verbindungen zwischen Satelliten werden, wo es wichtig ist, maximale Geschwindigkeiten bei minimalem Energieverbrauch, hoher Strahlungsbeständigkeit und zuverlässigem Betrieb über Jahre im Orbit zu erreichen.

Lösung wichtiger Engpässe in der integrierten Photonik

Integrierte Photonik gilt schon seit einem Jahrzehnt als Technologie der Zukunft, aber ihre vollwertige Einführung in Weltraumsysteme wurde durch einige sehr konkrete Probleme gebremst. Das erste ist die Abstimmbarkeit – die Möglichkeit der Feinabstimmung der Eigenschaften von Komponenten wie Resonatoren und Lasern, um Fertigungstoleranzen und Betriebsänderungen zu kompensieren. Das zweite ist das Problem der Grenzwerte von Spannung und Leistung, da hohe Betriebsspannungen die Integration mit bestehender Elektronik erschweren und den Energieverbrauch erhöhen. Die dritte Herausforderung ist die industrielle Produzierbarkeit selbst: wie man Laborprozesse in eine zuverlässige Serienproduktion umwandelt.

Luxtelligence hat mit Unterstützung der ESA-Programme Discovery und NAVISP Element 1 eine Technologieplattform entwickelt, die alle drei Probleme gleichzeitig adressiert. Ihr Produktionsprozess basiert auf der präzisen Mikrostrukturierung ferroelektrischer Dünnschichtmaterialien, wobei extrem glatte Lichtwellenleiter und sehr niedrige optische Verluste erreicht werden. Damit öffnet sich der Raum für Modulatoren, die bei höheren Geschwindigkeiten, niedrigeren Spannungen und mit weniger Erwärmung arbeiten.

Nach bisherigen Demonstrationen erreichen die Chips des Unternehmens Luxtelligence Übertragungsgeschwindigkeiten in der Größenordnung von Hunderten von Gigabit pro Sekunde pro einzelnem Kanal, wobei eine Übertragung von nahezu 400 Gb/s gezeigt wurde, ungefähr viermal schneller als typische Lösungen auf Basis von Siliziumphotonik. Solche Ergebnisse deuten darauf hin, dass zukünftige Chipgenerationen auch Terabit pro Sekunde pro einzelnem optischen Link ermöglichen könnten, was direkt im Einklang mit den Bedürfnissen von Rechenzentren und Satelliten-Megakonstellationen steht.

Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass Luxtelligence seine Technologie in europäischen Produktionsstätten entwickelt und industrialisiert. Anstatt sich auf Lieferanten von außerhalb des Kontinents zu verlassen, erhalten die ESA und die europäische Industrie eine heimische Quelle für Schlüsselkomponenten für zukünftige Kommunikationssysteme, wodurch das geopolitische Risiko verringert und die technologische Souveränität Europas gestärkt wird.

Drei ESA-Aktivitäten, die den Weg für die Auszeichnung ebneten

In der Begründung der Auszeichnung hebt die ESA besonders fünf Projekte aus dem Bereich der Photonik hervor, von denen drei durch die Programme Discovery und NAVISP Element 1 finanziert wurden und direkt mit der Arbeit von Luxtelligence verbunden sind. Diese Forschungen hatten zum Ziel, konkrete technische Hindernisse zu beseitigen, die bisher die Einführung fortschrittlicher photonischer integrierter Schaltkreise in Weltraummissionen verhinderten.

Hochdichtes Lithiumniobat für Niederspannungsmodulatoren

Die erste Aktivität, unter dem Namen „High density Lithium Niobate integrated photonic circuits for high-speed low-voltage modulators“, ist auf die Entwicklung einer hochintegrierten photonischen Plattform auf Basis von Dünnschicht-Lithiumniobat ausgerichtet. Das Hauptziel war, den Labor-Nanofabrikationsprozess der EPFL – einschließlich spezifischer Beschichtungstechnologie wie „diamond-like carbon“ (DLC) – in ein industrielles Umfeld zu übertragen, das von Luxtelligence verwaltet wird.

Während des 18-monatigen Projekts wurde ein Satz grundlegender Bausteine (Process Design Kit, PDK) entwickelt, der Hochgeschwindigkeitsmodulatoren mit niedriger Betriebsspannung, Wellenleiter, Resonatoren und andere Komponenten umfasst, die für komplexere photonische Schaltungen notwendig sind. Damit wurde der Grundstein für die erste europäische kommerzielle Plattform dieser Art gelegt, die auch externen Nutzern zur Verfügung steht, die eigene Chips auf Lithiumniobat entwickeln wollen.

Erbium-dotierte photonische Verstärker auf dem Chip

Die zweite Aktivität, „Erbium-doped photonic integrated circuit-based amplifier“, wurde in Zusammenarbeit mit dem Unternehmen DEEPLIGHT entwickelt und konzentrierte sich auf den Bau eines optischen Verstärkers auf einem Chip, der kompakt und robust genug für Weltraumbedingungen ist, wobei er eine Leistung behält, die mit terrestrischen Systemen vergleichbar ist. Erbium ist seit langem als Schlüsselelement in optischen Verstärkern für Telekommunikationswellenlängen um 1550 nm bekannt, aber die Herausforderung bestand darin, es in eine photonische Plattform auf Dünnschicht-Lithiumniobat zu integrieren.

Das Projekt zeigte, dass mit denselben Fertigungstechniken, die Luxtelligence in seiner Fabrik verwendet, auch Verstärker auf einem Chip hergestellt werden können, bereit für die Qualifizierung in Weltraummissionen. Ein solcher Ansatz eröffnet die Möglichkeit des Baus vollständig integrierter optischer Ketten – vom Modulator bis zum Verstärker – auf einer einzigen monolithischen Plattform, was das Systemdesign vereinfacht, die Masse verringert und die Zuverlässigkeit erhöht.

Dünnschicht-Lithiumtantalat: der nächste Schritt in der Plattformentwicklung

Die dritte, noch immer aktive ESA-Aktivität, „Thin-film Lithium Tantalate on Insulator Photonics“, untersucht die Verwendung von Lithiumtantalat (LiTaO₃) als komplementäres Material zu Lithiumniobat. Lithiumtantalat teilt viele nützliche Eigenschaften von Lithiumniobat – wie den starken elektrooptischen Effekt – bietet aber auch zusätzliche Vorteile, beispielsweise in Bezug auf Frequenzverbreiterung, Widerstandsfähigkeit gegen hohe Temperaturen oder Stabilität bestimmter optischer Parameter.

Luxtelligence wendet im Rahmen dieses Projekts seine bestehende Ätz- und Bearbeitungstechnologie auf die neue Plattform an, mit dem Ziel, ultraniedrige optische Verluste und sehr hochwertige Resonatoren auf Lithiumtantalat zu erreichen. Wenn diese Ziele erreicht werden, öffnet sich die Tür zu einer neuen Generation integrierter Lichtquellen und Frequenzkämme, die eine wichtige Rolle in der Quantenkommunikation, bei präzisen Messungen und fortschrittlichen Navigationssystemen spielen könnten.

Von der Grundlagenforschung zum industriellen Erfolg

Der ESA Innovation Award für Luxtelligence kommt in einem Jahr, in dem die Agentur ein halbes Jahrhundert ihrer grundlegenden Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten begeht. Programme der Grundlagenforschung, die bereits während der 1970er Jahre begannen, wurden genau deshalb konzipiert, um bereit für den Moment zu sein, wenn neue Technologien für die praktische Anwendung reifen. Aus dieser Perspektive ist die Geschichte von Luxtelligence ein Beispiel dafür, wie langfristige Investitionen in fundamentale Photonik, Quantentechnologien und neue Materialien in eine konkrete industrielle Plattform umgewandelt werden können.

Im Mai 2025 fand in Florenz die Feier zu 50 Jahren Grundlagenforschung der ESA statt, bei der sich Architekten der erfolgreichsten ESA-Missionen und Unternehmer versammelten, die heute die zukünftige Weltrauminfrastruktur bauen. Luxtelligence gehört zu den Unternehmen, die in einem solchen Umfeld zeigen, wie Ergebnisse von Laborexperimenten in die industrielle Welt übergehen – und das genau zu einem Zeitpunkt, an dem Europa immer mehr Aufmerksamkeit auf die Souveränität in kritischen Technologien richtet.

Für die ESA und ihre Partner ist ein solches Erfolgsbeispiel eine Bestätigung, dass die Programme Discovery und NAVISP Element 1 eine Schlüsselrolle bei der Verbindung von Forschungseinrichtungen und Industrie spielen. Durch die Finanzierung risikoreicherer, aber potenziell revolutionärer Ideen in frühen Entwicklungsphasen gibt die Agentur Unternehmen wie Luxtelligence die Chance, Technologien zu demonstrieren, die sonst in Laboren verschlossen blieben oder Europa verlassen würden.

Implikationen für zukünftige Missionen und die Industrie

Die Technologien, die Luxtelligence entwickelt, haben unmittelbare Implikationen für eine Reihe zukünftiger Missionen und kommerzieller Projekte. Kurzfristig könnten photonische Chips auf Basis von Lithiumniobat und Lithiumtantalat in optischen Terminals für Satelliten zu finden sein, die Breitbandinternet bereitstellen, in Verbindungen zwischen Satelliten für den Austausch großer Datenmengen sowie in experimentellen Quantenkommunikations-Demonstratoren.

Mittelfristig, wenn Produkte weiter standardisiert und die Produktionskosten gesenkt werden, könnten dieselben Plattformen auch auf Rechenzentren auf der Erde ausgeweitet werden. Hochgeschwindigkeits-Niederspannungsmodulatoren und integrierte Verstärker könnten den Energieverbrauch in Netzwerkausrüstung senken, was im Kontext des ständigen Wachstums des Stromverbrauchs durch Digitalisierung und künstliche Intelligenz besonders wichtig ist. Damit werden optoelektronische Chips aus der Weltraumdomäne Teil eines breiteren Trends zu „grünerer“ und effizienterer digitaler Infrastruktur.

Langfristig betrachtet könnte integrierte Photonik auf ferroelektrischen Dünnschichten das Fundament einer ganz neuen Generation von Quanten- und Weltraumsystemen werden. Präzise Frequenzkämme, integrierte Laserquellen, ultraempfindliche Sensoren und kompakte Quantenkommunikationsplattformen sind nur einige der Richtungen, in die sich diese Technologie entwickeln kann. Der ESA Innovation Award ist ein Signal, dass die europäische Weltraumgemeinschaft bereits jetzt mit solchen Möglichkeiten rechnet und gibt einen Anstoß, dass diese Entwicklung innerhalb Europas stattfindet.

Luxtelligence, als relativ junges Unternehmen, das sich auf der Grundlage akademischer Exzellenz und strategischer Unterstützung der ESA entwickelt hat, zeigt, dass der Übergang von der Idee zum industriellen Produkt auch in anspruchsvollen Hightech-Nischen möglich ist. Für die europäische Raumfahrtindustrie ist das ein ermutigendes Zeichen, dass der Kontinent seine Rolle im globalen Wettlauf um schnellere, sicherere und nachhaltigere Kommunikationssysteme behalten und ausbauen kann – auf der Erde und im Weltraum.