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Bildgebung mit kontinuierlicher Terahertzstrahlung

AG Optoelektronische Bauelemente und Werstoffe der Ruhr-Universität Bochum
AG Terahertz Systemtechnik der TU Braunschweig

Bildgebende Systeme haben unser Leben verändert. Ohne die Fotografie sähe unser Bild der Welt völlig anders aus. Ohne Röntgenaufnahmen wären die moderne Medizin und die Abfertigung von Passagieren am Flughafen schwer vorstellbar. Jedoch hat man sich bisher mit bildgebenden Systemen nur auf einen kleinen Bereich des elektromagnetischen Spektrums beschränkt und damit ein enormes Anwendungspotenzial nicht erschöpft. Erst seit einigen Jahren lassen sich durch Abbildungen mit Terahertzstrahlung (Frequenzen zwischen einigen hundert Gigahertz und einigen Terahertz) Informationen über die abgebildeten Objekte gewinnen, die zuvor nicht zugänglich waren.

Dieses Potenzial für Anwendungen wie Sicherheitstechnik, medizinische Diagnostik, Bioanalytik und die kosmetische Forschung ist auch der Industrie nicht entgangen. In den letzten Jahren wurden von verschiedenen Firmen THz-Spektroskopiesysteme auf den Markt gebracht (Picometrix, TeraView und Nikon) . All diese THz-Systeme arbeiten allerdings mit gepulster THz-Strahlung und benötigen teure Femtosekunden-Laser zum Betrieb. Ein komplettes Spektroskopiesystem kostet daher derzeit etwa 250.000 €. Ein solch hoher Preis steht Massenanwendungen im Wege. Um die vielversprechenden neuen Märkte zu erschließen benötigt man eine effiziente und kostengünstigere THz-Strahlungsquelle. In einer engen Kooperation mit der Gruppe von Prof. Martin Koch an der TU Braunschweig haben wir eine solche Strahlungsquelle entwickelt und stellen das weltweit erste System zur ortsaufgelösten THz-Spektroskopie vor, das mit Dauerstrichstrahlung arbeitet. Während die bisher verwendeten THz-Dauerstrichquellen im Wesentlichen aus zwei aufwendig aufeinander stabilisierten unabhängigen Lasern bestehen, verfolgen wir hier ein anderes Konzept.

Hauptbestandteil unseres Systems ist ein neuartiger "Zwei-Farben-Diodenlaser", der gleichzeitig zwei perfekt räumlich überlagerte Wellenlängen mit einem spektralen Abstand im THz-Bereich emittiert. Solch ein System ist kompakter, wesentlich einfacher und preisgünstiger als Lichtquellen die auf zwei separaten Lasern beruhen. Mit dieser preisgünstigen Laserquelle wird mittels Photomischung THz-Dauerstrichstrahlung erzeugt. Ein komplettes THz-Spektroskopiesystem mit dem "Zwei-Farben-Diodenlaser" kann in zwei Schuhkartons Platz finden und für 25.000 € realisiert werden. Mit diesem Aufbau wurden mehrere Proben untersucht. Hier sind beispielhaft ein aus Kupfer ausgeschnittenes F und das getrocknete Präparat einer mit Tumoren duchsetzten menschlichen Leber mit ihren zugehörigen THz-TRansmissionsbildern dargestellt.





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