Echtzeit THz-System

Viele industrielle Anwendungen erfordern eine kurze Meßzeit mit schneller Datenauswertung. Daher ist es notwendig, das THz-Signal in Echtzeit aufzunehmen. Im Gegensatz zur zeitintensiven hochauflösenden Zeitbereichs-Spektroskopie wurde die langsame Verzögerungsstrecke durch einen schnellen Shaker ersetzt. Somit kann ein Bereich von 45 mm mit einer Wiederholungsrate von über 10 Hz abgescannt werden. In diesem Aufbau wird ein InAs Obeflächenemitter mit hoher mittlerer THz-Leistung verwendet. Das elektrische Feld der THz-Strahlung konnte direkt auf einem Oszilloskop dargestellt werden. Dadurch kommt der Aufbau ohne einen Lockin-Verstärker aus. THz-Signale im Zeitbereich konnten mit bis zu 20 Zyklen pro Sekunden aufgenommen werden.

Ein typisches Beispiel zeigt folgender Film. Ein Oszilloskop stellt das THz-elektrische Feld als Funktion der Position des Shakerspiegels dar. Der Laufzeitunterschied und die THz-Amplitude kann schnell gemessen werden. Wird nun eine Probe in den Strahlengang eingebracht, erfährt die THz-Stahlung eine Verzögerung auf Grund des Brechungsindexes. Absorption und Fresnel?sche Grenzflächenverluste erniedrigen die THz-Amplitude. Somit können Materialparameter wie Dicke, Dichte, Hohlräume oder eingeschlossene Objekte mittels THz-Strahlung in der industriellen zerstörungsfreien Materialprüfung sichtbar gemacht werden.

Terahertz (THz), Echtzeit THz System, zerstörungsfreie Materialprüfung, Tomographie, Schichtdickenmessung, industrielle Anwendungen

[1] "Terahertz-Wellen – ein neuer Spektralbereich für die industrielle Messtechnik (Terahertz Waves – A New Spectral Band for Industrial Measurement Techniques)“, F. Ellrich, T. Weinland, J. Klier, J. Jonuscheit, and R. Beigang, tm-Technisches Messen, Vol. 77, No. 9, pp. 452-461 (2010)
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[2] Fasergekoppeltes Terahertz-Spektroskopiesystem (Fiber-coupled Terahertz Spectroscopy System)", F. Ellrich, T. Weinland, M. Theuer, J. Jonuscheit, and R. Beigang, tm-Technisches Messen, Vol. 75, No. 1, p. 14-22 (2008)
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[3] "Einsatz breitbandiger THz-Strahlung in der Gasanalyse (Broadband THz-Radiation for Gas Analysis)", C. Weiss, E. Viehl, Ch. Theiss, G. Torosyan, M. Weinacht, R. Beigang and R. Wallenstein, tm-Technisches Messen, Vol. 68, No. 9, p. 388 (2001)
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[4] "Terahertz-Bildgebung in industriellen Anwendungen (Terahertz Imaging in Industrial Applications)", M. Theuer, G. Torosyan, F. Ellrich, J. Jonuscheit, and R. Beigang, tm-Technisches Messen, Vol. 75, No. 1, p. 64-70 (2008)
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[5] "T-ray tomography", D.M. Mittleman, and S. Hunsche, and L. Boivin, and M.C. Nuss, Optics Letters, Vol. 22, No. 12, p. 904-906, (1997)

[6] Fernsehbeitrag:
Christoph Gehring: "Wellen für die Sicherheit", SWR>>RP aktuell vom 05. März 2008, Beitrag: "Wellen für die Sicherheit" (6,1 MB), Copyright: SWR.de