Terahertz-Technologie mit Diodenlasern – Neue Perspektiven für kompakte Systeme

Die Terahertz-Technologie hat erst in den letzten 20 Jahren Aufwind bekommen, und ihr Potential ist lange noch nicht ausgeschöpft. Dr. Carsten Brenner ist es in seiner Dissertation am Lehrstuhl für Photonik und Terahertztechnologie der RUB erstmals gelungen, gepulste und Zwei-Farben-Laser-Erzeugung miteinander zu kombinieren.

Das macht kompakte Messaufbauten möglich, wo bisher mehrere Verfahren gefragt waren. Für seine Arbeit wurde Dr. Brenner beim Semesterkonzert der RUB Ende Januar mit dem Gert-Massenberg-Preis ausgezeichnet.

THz-Lücke füllen

Der Bereich der Terahertz(THz)-Strahlung im elektromagnetischen Spektrum war lange unter dem Begriff „THz-Lücke“ bekannt: Es war sehr schwierig, in diesem Wellenlängenbereich zwischen 100 GHz und 30 THz ein funktionierendes System aus Quelle und Detektor zu bauen. Dabei bietet Terahertzstrahlung große Möglichkeiten.

Viele Stoffe sind für sie größtenteils transparent und viele Rotationsübergänge von Molekülen liegen in diesem Energiebereich und lassen sich somit beobachten. In den letzten 20 Jahren hat es eine enorme Entwicklung hin zu neuartigen Systemen gegeben, die die Messtechnik in diesem Bereich ausgebaut und bestimmte Messungen erst ermöglicht haben.

Zwei Ansätze in einem

Dabei stehen sich zwei verschiedene Ansätze der Messtechnik gegenüber: Sog. Time Domain Spectroscopy (TDS)-Systeme beruhen auf Kurzpulslasern und ermöglichen eine sehr detailreiche Datenaufnahme bei relativ komplexem Aufbau und aufwendiger Auswertung der Messungen. Zwei-Farben-Laser hingegen erzeugen kontinuierlich schmalbandige THz-Strahlung für Messungen mit geringerem Informationsgehalt bei deutlich reduziertem Aufwand.

In seiner Doktorarbeit hat Carsten Brenner nun erstmals ein THz-System realisiert, das die Vorteile beider Ansätze vereint. Kernstück ist dabei ein kontinuierlicher Laser, dessen optisches Spektrum nahezu beliebig geformt werden kann. „Je nach Bedarf kann man dabei zwischen einem standardmäßigen Zwei-Farben-Betrieb und einem ‚Quasi TDS‘-Betrieb wechseln“, erklärt er. „Das ermöglicht Messaufbauten mit nur einem kompakten System, wo bisher mehrere verschiedene Verfahren gefragt waren.“ Er beleuchtet in seiner Arbeit auch mehrere Konzepte, um das THz-Signal im Hinblick auf bestimmte Messaufgaben anzupassen.

Weitere Informationen

Dipl.-Ing. Carsten Brenner, Lehrstuhl für Photonik und Terahertztechnologie, Tel. 0234/32-23397, E-Mail: carsten.brenner@rub.de

Redaktion: Meike Drießen