Deutsches Terahertz-Zentrum e.V.

Terahertz


Einführung
Einführung und Überblick

Der Terahertz (THz)-Spektralbereich deckt Frequenzen zwischen 100 GHz und 10 THz ab und wird auch als Fernes Infrarot bezeichnet. In diesem Wellenlängenbereich gab es lange Zeit keine künstlichen Quellen neben der natürlichen thermischen Strahlung. Mit elektronischen Verfahren kann die niederfrequente Seite abgedeckt werden. Auf der hochfrequenten Seite gibt es leistungsstarke Infrarotlaser. Der THz-Frequenzbereich liegt also technisch im Grenzbereich zwischen Elektronik und Optik. Weiterlesen…


THz-TDS
Terahertz-Zeitbereich-Spektroskopie

Das Verfahren der Terahertz Zeitbereichs-Spektroskopie (engl.: terahertz time-domain spectroscopy, THz-TDS) hat maßgeblich zum Fortschritt der THz-Forschung in der letzten Dekade beigetragen. Es arbeitet nach dem Pump-Probe-Prinzip. Dabei wird ein Femtosekundenimpuls in zwei Teilstrahlen aufgeteilt, einer zur Erzeugung und der andere zur Detektion. Durch deren relative zeitliche Verzögerung kann der THz-Impuls abgetastet werden. Der zeitliche Abstand zwischen den Femtosekundenimpulsen in den beiden Teilstrahlen bestimmt die Zeitskale. Mittels kohärentem Nachweis wird das elektrische Feld als Funktion dieses Abstands detektiert, also die THz-Welle in Amplitude und Phase erfasst. Durch eine Fourier-Analyse des im Zeitbereich aufgenommen THz-Signals können spektrale Informationen gewonnen werden. Der kohärente Nachweis führt -trotz der geringen mittleren THz-Leistung- standardmäßig zu einem hohen Dynamikbereich des Messsignals von bis zu 100 dB. Weiterlesen…


Erzeugung / Nachweis
Erzeugung und Nachweis

Die Entwicklung von THz-Quellen und Detektoren nimmt in der THz-Forschung eine Schlüsselstellung ein. Letztlich kann die THz-Technik nur dann breite Anwendungsgebiete erschließen, wenn leistungsfähige, kostengünstige und kompakte Systeme zur Erzeugung und zum Nachweis von THz-Strahlung vorhanden sind. Das zeigt sich auch darin, dass das Interesse an der THz-Forschung ab den 90-er jahren des letzten Jahrhunderts erst durch die Entwicklung leistungsfähiger THz-Quellen initialisiert wurde. Seitdem wurde eine Fülle neuartiger THz-Quellen entwickelt, die weitgehend in zwei Klassen eingeteilt werden können, nämlich Quellen kontinuierlicher THz-Strahlung eines engen Frequenzbandes sowie Quellen ultrakurzer THz-Impulse großer Bandbreite. Weiterlesen…


Anwendungen
Anwendungen von THz-Strahlung

Viele technisch-orientierte Untersuchungen wurden mit Hilfe von THz-Messtechnik bereits durchgeführt. Grob teilt man diese in zerstörungsfreie Materialprüfung, in medizinisch-biologische Anwendungen sowie in Anwendungen in der Sicherheitstechnik ein. Mit THz-Wellen lassen sich chemische Verbindungen analysieren und Moleküle zu charakteristischen Rotationen und Schwingungen anregen. Die Liste der bereits untersuchten Proben umfasst fast alle Materialklassen einschließlich Halbleiter, Polymere, Biomoleküle, pharmazeutische Wirkstoffe, Drogen und Sprengstoffe. In den meisten technischen Anwendungen wird ein bildgebendes Verfahren gefordert, da Proben in ihrer Fläche nach untersucht und die Messergebnisse entsprechend ortsaufgelöst dargestellt werden müssen. Dafür kommen neben der rasternden Bildgebung entweder mehr-dimensionale Detektoren in Form von Antennen-Arrays oder eine CCD-Kamera mit entsprechenden elektrooptischen Kristallen zum Einsatz. Weiterlesen…