Fasergekoppeltes Terahertz Spektroskopiesystem

Die meisten Terahertz Zeitbereichsspektroskopie-Systeme werden in Freistrahlanordnung gepumpt. Durch die Verwendung geeigneter Lichtwellenleiter, über die die infraroten Laserpulse dann mehrere Meter weit übertragen werden, erreicht man eine Entkopplung des optischen Bereiches vom Terahertz Strahlengang. Dadurch wird das System kompakter und gegen störende äußere Einflüsse robuster. 

Die aus der optischen Kommunikationstechnik bekannte Glasfaserübertragungstechnik kann hier jedoch nicht direkt übertragen werden. Die linearen und nichtlinearen Glasfasereigenschaften wirken sich bei den wesentlich breitbandigeren, zeitlich kürzeren und leistungsstärkeren Femtosekundenpulsen sehr viel stärker aus. Grundlage der Übertragung ist ein ausgeklügeltes adaptives Dispersionsmanagement.

Die Lichtpulse der Laserquelle werden über hochreflektierende dielektrische Spiegel in einen Pulsstrecker geleitet, bevor diese in die Quarzglasfaser eingekoppelt werden. Durch die Verwendung von zwei baugleichen optischen Gittern erreicht man einen durch Variation des Gitterabstandes d in der Dispersion einstellbaren Pulsstrecker. Damit werden die Pulse soweit vorgestreckt (vorgechirpt), dass diese nach Durchgang durch eine bestimmte Glasfaserlänge wieder ähnlich kurze Pulsbreiten aufweisen wie am Anfang.

Um auch schlecht zugängliche Messstellen mit geringem Platzangebot erreichen zu können, wurden die THz-Messköpfe kompakt aufgebaut. Sie besitzen einen optischen Glasfaseranschluss, eine elektrische Schnittstelle und eine Linsenoptik. Es wurde eine Bandbreite von etwa 4 THz erreicht, selbst bei einer Zuleitungslänge von 15 m Glasfaserstrecke.

Terahertz (THz), Zeitbereichsspektroskopie (TDS), industrielle Anwendungen, Faserkopplung, Kurzpulsübertragung, fasergekoppeltes THz-System

[1] "Compact fiber-coupled terahertz spectroscopy system pumped at 800 nm wavelength", F. Ellrich, T. Weinland, D. Molter, J. Jonuscheit, and R. Beigang, Rev. Sci. Instrum., Vol 82, pp. 053102 (2011)
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[2] "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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[3] "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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[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] Hecht, E.: 3. Auflage: Optik. Oldenbourg Wissenschaftsverlag GmbH, München, 2001

[6] Agrawal, G. P.: Nonlinear Fiber Optics, (3rd Ed.). Academic Press, 2001

[7] Agrawal, G. P.: Fiber-Optic Communication Systems, (2nd Ed.). John Wiley & Sons, Inc., 1997