Neues bildgebendes Verfahren für Terahertz-Strahlung

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Mit einem Mikrospiegel der TU Kaiserslautern lässt sich Terahertz-Strahlung als bildgebendes Verfahren für die Materialprüfung einsetzen.

Um bei Terahertz-Wellen bildgebende Spektroskopie-Verfahren zu nutzen, ist der Aufwand bislang sehr hoch. Abhilfe kann hierbei künftig ein Bauteil schaffen, das Kaiserslauterer Forscher entwickelt haben: Mit ihrem elektromechanisch steuerbaren Mikrospiegel-Modulator soll es künftig möglich sein, Objekte mit Hilfe schneller bildgebender Terahertz-Spektroskopie zu untersuchen. Mit ihrem Mikrospiegel-Modulator können sie Terahertz-Strahlung räumlich gezielt verändern – ähnlich wie Lichtstrahlen bei einer steuerbaren Blende eines Fotoapparats.

Das Team um Jan Kappa (re.) und Dominik Sokoluk hat den Mikrospiegel-Modulator für ein neues bildgebendes Verfahren für Terahertz-Strahlung entwickelt. Sie arbeiten nun daran, ihn für die Materialuntersuchung zu optimieren. Foto: Koziel/TU Kaiserslautern

Bei der Technologie geschieht Folgendes: Eine Quelle emittiert Terahertz-Strahlung, die auf den Modulator trifft. „Dieser schaltet dank seiner Mikrospiegel nun ein bestimmtes Muster, das sich gewissermaßen in die Strahlung einprägt“, erklärt Jan Kappa von der Arbeitsgruppe für Metamaterialien und Terahertz Technologie im Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik an der TU Kaiserslautern.

Algorithmen rekonstruieren aus den Daten das Bild des Objekts

Das Muster trifft auf das zu untersuchende Objekt. Ein Teil der Strahlung wird absorbiert, ein Teil wandert weiter und wird auf einen Detektor fokussiert. Durch mehrere Durchläufe und verschiedene geschaltete Muster kann das Bild schließlich berechnet werden. „Bei diesem Verfahren handelt es sich um eine indirekte Bildaufnahme“, so Kappa. „Wir kennen das geschaltete Muster und das jeweilige Ausgangssignal. Algorithmen können aus diesen Daten das Bild des Objekts rekonstruieren.“ 

Terahertz-Wellen bislang nur innerhalb eines schmalen Spektralbereichs beeinflussbar

Mit dem Verfahren sind die Forscher in der Lage, ein sehr breites Frequenzspektrum abzudecken. „Wir sammeln neben räumlicher Information über das Objekt auch für jeden einzelnen Bildpunkt spektrale Information“, erläutert Kappa. „Dies war bisher nur eingeschränkt möglich, da vergleichbare Methoden bis dato Terahertz-Wellen nur innerhalb eines sehr schmalen Spektralbereiches beeinflussen konnten.“

Das neuartige Mikrospiegel-System erlaubt es, die spektralen Eigenschaften von Objekten innerhalb kürzester Zeit zu untersuchen. „Potentiell können damit chemische Stoffe anhand spektraler Fingerabdrücke im Terahertz-Spektralbereich identifiziert werden, ohne dabei die Objekte minutenlang abzuscannen“, sagt Lehrstuhlinhaber Professor Dr. Marco Rahm. 

Auf dem Campus haben die Forscher ihren Mikrospiegel-Modulator im Reinraum des Nano Structuring Center selbst hergestellt. In den kommenden Monaten werden sie vor allem daran arbeiten, die Modulatoren für die Materialuntersuchung zu optimieren. Die zerstörungsfreie Materialprüfung in der Automobil- oder Flugzeugindustrie ist ein mögliches Einsatzgebiet, beispielsweise um einen Blick unter eine Lackschicht zu werfen. Zudem kann das Verfahren in der Medizintechnik Verwendung finden. 

sk

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