Szwajcarska firma Luxtelligence S.A. z Lozanny weszła do ekskluzywnego klubu najbardziej innowacyjnych dostawców Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) po tym, jak na targach Space Tech Expo Europe 2025 w Bremie 20 listopada 2025 r. otrzymała prestiżową nagrodę ESA Innovation Award. Jest to wyróżnienie, które podkreśla, jak ważne dla europejskiego przemysłu kosmicznego jest rozwijanie nowych, zaawansowanych czipów fotonicznych zdolnych odpowiedzieć na eksplozję ruchu danych – od komputerów kwantowych po satelitarne systemy komunikacyjne.

Nagroda jest częścią szerszego programu oceny dostawców ESA, w ramach którego Agencja co roku nagradza firmy, które podnoszą poprzeczkę pod względem jakości, niezawodności i innowacyjności. Obok Luxtelligence, które odebrało nagrodę za innowacje, w tym roku wyróżniono również firmy OHB z Niemiec oraz Huld z Finlandii, czym ESA wysyła jasny sygnał, że bez najwyższej klasy partnerów przemysłowych nie ma bezpiecznej i konkurencyjnej Europy w kosmosie.

Co reprezentuje ESA Innovation Award

ESA Innovation Award jest częścią systemu nagród, które Agencja przyznaje dostawcom na podstawie wieloletniej współpracy, wyników w projektach oraz wkładu w całą europejską społeczność kosmiczną. W ramach tego systemu przyznawane są między innymi nagrody za doskonałość (Excellence Award) i innowacje (Innovation Award). Podczas gdy nagroda za doskonałość podkreśla stałą jakość dostaw i zarządzania dużymi programami, nagroda za innowacje koncentruje się na firmach, które rozwijają technologie mogące zmienić zasady gry.

Tegoroczna ceremonia odbyła się na stoisku ESA na targach Space Tech Expo Europe 2025 w Bremie, jednej z kluczowych europejskich imprez poświęconych przemysłowi kosmicznemu i technologiom towarzyszącym. Właśnie w tym otoczeniu Luxtelligence zostało wyróżnione jako przykład tego, jak wieloletnie badania podstawowe mogą przekształcić się w konkretne produkty gotowe na rynek – i to w dziedzinie zintegrowanej fotoniki, która jest dziś jednym ze strategicznych filarów zaawansowanych systemów komunikacyjnych.

Nagrodę w imieniu ESA wręczyła Britta Schade, kierownik Działu Jakości, która przy tym podkreśliła, że Innovation Award nie jest przyznawana tylko za pojedynczy sukces, ale za całościowe podejście do innowacji. W przypadku Luxtelligence oznacza to systematyczne usuwanie kluczowych przeszkód, które przez lata hamowały szersze zastosowanie zaawansowanych układów fotonicznych w misjach kosmicznych – przede wszystkim problemów z dostrajaniem (przestrajalnością), wartościami granicznymi napięcia i mocy oraz wymogami dotyczącymi produkcji przemysłowej.

Luxtelligence: od EPFL do pierwszej europejskiej platformy tego typu

Luxtelligence S.A. wywodzi się ze środowiska badawczego École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), jednej z wiodących europejskich instytucji w dziedzinie fotoniki i technologii kwantowych. Zespół skupiony wokół laboratorium zintegrowanej fotoniki latami pracował nad tym, jak cienkowarstwowe materiały ferroelektryczne – przede wszystkim niobian litu (LiNbO₃) i tantalan litu (LiTaO₃) – przekuć w czipy optoelektroniczne gotowe do bardziej masowej produkcji.

W przeciwieństwie do klasycznych krzemowych platform fotonicznych, ferroelektryczne cienkie warstwy umożliwiają niezwykle szybką modulację światła przy niższych stratach i niższych napięciach sterujących. Taka kombinacja właściwości jest idealna dla potrzeb centrów danych, sieci telekomunikacyjnych nowej generacji, komunikacji kwantowej, ale także dla wymagających aplikacji kosmicznych, w których każdy wat mocy i każdy gram masy odgrywają decydującą rolę.

Luxtelligence jest pierwszą europejską firmą, która komercyjnie oferuje optoelektroniczne fotoniczne układy scalone oparte na cienkowarstwowych materiałach ferroelektrycznych i celuje w przewyższenie istniejącego standardu fotoniki krzemowej. Firma pozycjonuje się jako wyspecjalizowany dostawca czipów z cienkowarstwowego niobianu litu i tantalanu litu, z naciskiem na bardzo szeroką przepustowość, niskie straty i stabilność w wymagających warunkach pracy.

Chociaż podobne badania i pilotażowe produkcje w dziedzinie zaawansowanych czipów fotonicznych są prowadzone w Stanach Zjednoczonych Ameryki i Chinach, Luxtelligence jest wśród pierwszych w Europie, którzy przekształcają tę technologię w dojrzałe produkty przeznaczone dla użytkowników przemysłowych. Opiera się przy tym na silnym interdyscyplinarnym zespole, w którym uczestniczą eksperci od fotoniki, elektroniki, technologii kwantowych, materiałów i inżynierii przemysłowej.

Dlaczego komunikacja optyczna jest kwestią strategiczną

Komunikacja optyczna, czy to za pośrednictwem światłowodów, czy wolnej przestrzeni, stała się kluczową infrastrukturą dla współczesnego społeczeństwa cyfrowego. Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na transmisję danych – napędzanym przez ekspansję 5G i przyszłych sieci 6G, usługi w chmurze, sztuczną inteligencję i obliczenia kwantowe – rośnie również presja na istniejące sieci telekomunikacyjne i transmisji danych.

W komunikacji naziemnej przejście z przewodów miedzianych na światłowody umożliwiło już skokowy wzrost przepustowości, ale wszystkie te sieci w tle potrzebują kompaktowych, oszczędnych i skalowalnych czipów optoelektronicznych, które przekształcają sygnał świetlny na elektryczny i odwrotnie. Optoelektronika oparta na czipach, jaką rozwija Luxtelligence, jest sercem takich systemów: modulatory, wzmacniacze i inne bloki fotoniczne, które decydują o tym, ile danych możemy przesłać jednym kanałem i przy jakim zużyciu energii.

Gdy doda się do tego aplikacje kosmiczne – satelitarne sieci szerokopasmowe, połączenia optyczne między satelitami, komunikację satelita-ziemia oraz przyszłe kwantowe sieci komunikacyjne – staje się jasne, dlaczego ESA uważa komunikację optyczną za obszar strategiczny. Komunikacja Free-Space Optical (FSO), czyli przesyłanie wiązki światła przez atmosferę lub próżnię, umożliwia wysokie prędkości transmisji bez potrzeby stosowania ciężkich i skomplikowanych anten radiowych.

Technologia rozwijana przez Luxtelligence bezpośrednio celuje właśnie w takie scenariusze. Ich czipy mogłyby stać się jądrem przyszłych terminali optycznych dla satelitów, stacji naziemnych i łączy międzysatelitarnych, gdzie ważne jest osiągnięcie maksymalnych prędkości przy minimalnym zużyciu energii, wysokiej odporności na promieniowanie i niezawodnej pracy przez lata na orbicie.

Rozwiązywanie kluczowych wąskich gardeł w zintegrowanej fotonice

Zintegrowana fotonika od dekady uchodzi za technologię przyszłości, ale jej pełnokrwiste wprowadzenie do systemów kosmicznych hamowało kilka bardzo konkretnych problemów. Pierwszym jest przestrajalność – możliwość precyzyjnego dostrajania właściwości komponentów takich jak rezonatory i lasery, aby skompensować tolerancje produkcyjne i zmiany w pracy. Drugim jest problem wartości granicznych napięcia i mocy, ponieważ wysokie napięcia sterujące utrudniają integrację z istniejącą elektroniką i zwiększają zużycie energii. Trzecim wyzwaniem jest sama wykonalność przemysłowa: jak procesy laboratoryjne przekształcić w niezawodną produkcję seryjną.

Luxtelligence przy wsparciu programów ESA Discovery i NAVISP Element 1 opracowało platformę technologiczną, która adresuje wszystkie trzy problemy jednocześnie. Ich proces produkcyjny opiera się na precyzyjnym mikrostrukturowaniu cienkowarstwowych materiałów ferroelektrycznych, przy czym osiąga się niezwykle gładkie falowody i bardzo niskie straty optyczne. Otwiera to przestrzeń dla modulatorów, które pracują przy wyższych prędkościach, przy niższych napięciach i przy mniejszym nagrzewaniu.

Według dotychczasowych demonstracji, czipy firmy Luxtelligence osiągają prędkości transmisji rzędu setek gigabitów na sekundę na jeden kanał, przy czym wykazano transmisję bliską 400 Gb/s, mniej więcej cztery razy szybszą od typowych rozwiązań opartych na fotonice krzemowej. Takie wyniki wskazują na to, że przyszłe generacje czipów mogłyby umożliwić nawet terabity na sekundę na jednym łączu optycznym, co jest bezpośrednio zgodne z potrzebami centrów danych i satelitarnych megakonstelacji.

Dodatkową zaletą jest to, że Luxtelligence swoją technologię rozwija i uprzemysłowia w europejskich zakładach produkcyjnych. Zamiast polegać na dostawcach spoza kontynentu, ESA i europejski przemysł zyskują rodzime źródło kluczowego komponentu dla przyszłych systemów komunikacyjnych, przez co zmniejsza się ryzyko geopolityczne i wzmacnia suwerenność technologiczną Europy.

Trzy działania ESA, które otworzyły drogę do nagrody

W uzasadnieniu nagrody ESA szczególnie wyróżnia pięć projektów z dziedziny fotoniki, z których trzy były finansowane poprzez programy Discovery i NAVISP Element 1 i są bezpośrednio związane z pracą Luxtelligence. Badania te miały na celu usunięcie konkretnych przeszkód technicznych, które dotychczas uniemożliwiały wprowadzenie zaawansowanych fotonicznych układów scalonych do misji kosmicznych.

Niobian litu o wysokiej gęstości dla modulatorów niskiego napięcia

Pierwsze działanie, pod nazwą „High density Lithium Niobate integrated photonic circuits for high-speed low-voltage modulators”, ukierunkowane jest na rozwój wysoce zintegrowanej platformy fotonicznej na bazie cienkowarstwowego niobianu litu. Kluczowym celem było przeniesienie laboratoryjnego procesu nanoobróbki EPFL – w tym specyficznej technologii powłok typu „diamond-like carbon” (DLC) – do środowiska przemysłowego zarządzanego przez Luxtelligence.

W trakcie 18-miesięcznego projektu opracowano zestaw podstawowych bloków budulcowych (process design kit, PDK), które obejmują szybkie modulatory o niskim napięciu sterującym, falowody, rezonatory i inne komponenty niezbędne dla bardziej złożonych układów fotonicznych. Tym samym położono fundament pod pierwszą europejską komercyjną platformę tego typu, dostępną również dla użytkowników zewnętrznych, którzy chcą rozwijać własne czipy na niobianie litu.

Wzmacniacze fotoniczne na czipie domieszkowane erbem

Drugie działanie, „Erbium-doped photonic integrated circuit-based amplifier”, rozwijane było we współpracy z firmą DEEPLIGHT i koncentrowało się na budowie wzmacniacza optycznego na czipie wystarczająco kompaktowego i solidnego dla warunków kosmicznych, przy jednoczesnym zachowaniu wydajności porównywalnej z systemami naziemnymi. Erb od dawna jest znany jako kluczowy pierwiastek we wzmacniaczach optycznych dla długości fal telekomunikacyjnych około 1550 nm, ale wyzwaniem było zintegrowanie go z platformą fotoniczną na cienkowarstwowym niobianie litu.

Projekt pokazał, że tymi samymi technikami produkcyjnymi, których Luxtelligence używa w swojej fabryce, można wykonać również wzmacniacze na czipie, gotowe do kwalifikacji w misjach kosmicznych. Takie podejście otwiera możliwość budowy w pełni zintegrowanych łańcuchów optycznych – od modulatorów po wzmacniacze – na jednej monolitycznej platformie, co upraszcza projektowanie systemu, zmniejsza masę i zwiększa niezawodność.

Cienka warstwa tantalanu litu: kolejny krok w rozwoju platformy

Trzecie, wciąż aktywne działanie ESA, „Thin-film Lithium Tantalate on Insulator Photonics”, bada wykorzystanie tantalanu litu (LiTaO₃) jako materiału komplementarnego do niobianu litu. Tantalan litu dzieli wiele użytecznych właściwości niobianu litu – takich jak silny efekt elektrooptyczny – ale oferuje również dodatkowe korzyści, na przykład pod względem poszerzenia częstotliwości, odporności na wysokie temperatury czy stabilności określonych parametrów optycznych.

Luxtelligence w ramach tego projektu stosuje swoją istniejącą technologię trawienia i obróbki na nowej platformie, mając na celu osiągnięcie ultraniskich strat optycznych i bardzo wysokiej jakości rezonatorów na tantalanie litu. Jeśli te cele zostaną osiągnięte, otworzą się drzwi do nowej generacji zintegrowanych źródeł światła i grzebieni częstotliwości, które mogłyby odgrywać ważną rolę w komunikacji kwantowej, precyzyjnych pomiarach i zaawansowanych systemach nawigacyjnych.

Od badań podstawowych do sukcesu przemysłowego

Nagroda ESA Innovation Award dla Luxtelligence przychodzi w roku, w którym Agencja obchodzi półwiecze swoich podstawowych działań badawczo-rozwojowych. Programy badań podstawowych, które rozpoczęły się jeszcze w latach 70., zostały zaprojektowane właśnie po to, aby być gotowym na moment, gdy nowe technologie dojrzeją do praktycznego zastosowania. Z tej perspektywy historia Luxtelligence jest przykładem, jak długoterminowe inwestycje w fundamentalną fotonikę, technologie kwantowe i nowe materiały mogą przekształcić się w konkretną platformę przemysłową.

W maju 2025 roku we Florencji odbyły się obchody 50 lat badań podstawowych ESA, na których zgromadzili się architekci najbardziej udanych misji ESA i przedsiębiorcy, którzy dziś budują przyszłą infrastrukturę kosmiczną. Luxtelligence jest wśród firm, które w takim otoczeniu pokazują, jak wyniki eksperymentów laboratoryjnych przechodzą do świata przemysłowego – i to właśnie w momencie, gdy Europa zwraca coraz większą uwagę na suwerenność w krytycznych technologiach.

Dla ESA i jej partnerów taki przykład sukcesu jest potwierdzeniem, że programy Discovery i NAVISP Element 1 odgrywają kluczową rolę w łączeniu instytucji badawczych i przemysłu. Finansując bardziej ryzykowne, ale potencjalnie rewolucyjne pomysły we wczesnych fazach rozwoju, Agencja daje szansę firmom takim jak Luxtelligence na zademonstrowanie technologii, które w przeciwnym razie pozostałyby zamknięte w laboratoriach lub trafiłyby poza Europę.

Implikacje dla przyszłych misji i przemysłu

Technologie rozwijane przez Luxtelligence mają bezpośrednie implikacje dla szeregu przyszłych misji i projektów komercyjnych. W krótkim okresie, czipy fotoniczne na bazie niobianu litu i tantalanu litu mogłyby znaleźć się w terminalach optycznych dla satelitów zapewniających szerokopasmowy internet, w łączach międzysatelitarnych do wymiany dużych ilości danych oraz w eksperymentalnych demonstratorach komunikacji kwantowej.

W średnim okresie, w miarę jak produkty będą dalej standaryzowane, a koszty produkcji spadną, te same platformy mogłyby rozszerzyć się również na centra danych na Ziemi. Szybkie modulatory niskiego napięcia i zintegrowane wzmacniacze mogłyby zmniejszyć zużycie energii w sprzęcie sieciowym, co jest szczególnie ważne w kontekście ciągłego wzrostu zużycia energii elektrycznej z powodu cyfryzacji i sztucznej inteligencji. Tym samym czipy optoelektroniczne z domeny kosmicznej stają się częścią szerszego trendu „bardziej zielonej” i wydajniejszej infrastruktury cyfrowej.

Długofalowo patrząc, zintegrowana fotonika na ferroelektrycznych cienkich warstwach mogłaby stać się fundamentem całej nowej generacji systemów kwantowych i kosmicznych. Precyzyjne grzebienie częstotliwości, zintegrowane źródła laserowe, ultraczułe czujniki i kompaktowe platformy komunikacji kwantowej to tylko niektóre z kierunków, w których ta technologia może się rozwijać. Nagroda ESA Innovation Award jest sygnałem, że europejska społeczność kosmiczna już teraz liczy na takie możliwości i daje impuls, aby ten rozwój odbywał się wewnątrz Europy.

Luxtelligence, jako stosunkowo młoda firma, która rozwinęła się na podstawie doskonałości akademickiej i strategicznego wsparcia ESA, pokazuje, że przejście od pomysłu do produktu przemysłowego jest możliwe również w wymagających niszach high-tech. Dla europejskiego przemysłu kosmicznego to zachęcający znak, że kontynent może utrzymać i zwiększyć swoją rolę w globalnym wyścigu o szybsze, bezpieczniejsze i bardziej zrównoważone systemy komunikacyjne – na Ziemi i w kosmosie.