Forschung & Entwicklung

Bildgebendes Verfahren für Terahertzstrahlung setzt auf Mikrospiegel

Mit energiearmer Terahertzstrahlung, die für die Gesundheit unschädlich ist, gelingt der Blick ins Innere. Mit einem elektromechanisch steuerbaren Mikrospiegelmodulator soll es künftig möglich sein, Objekte mithilfe schneller bildgebender Terahertzspektroskopie zu untersuchen.

Terahertzwellen durchdringen Materialien wie etwa Papier, Holz und Keramik und sind nicht ionisierend und unbedenklich für den Menschen. Allerdings ist es immer noch mit einem enormen technischen Aufwand und Zeit verbunden, Objekte mittels bildgebender Terahertzspektroskopie berührungslos zu untersuchen und zu identifizieren. Einen ersten Baustein, der eine solche Technik künftig ermöglichen kann, haben Forscher der Technischen Universität Kaiserslautern (TUK) entwickelt. Mit ihrem Mikrospiegelmodulator können sie Terahertzstrahlung räumlich gezielt verändern – ähnlich wie Lichtstrahlen bei einer steuerbaren Blende eines Fotoapparats.

Bei der Technologie geschieht Folgendes: Eine Quelle emittiert Terahertzstrahlung, 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 TUK. Das Muster trifft nun 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“, fährt Kappa fort. „Wir kennen das geschaltete Muster und das jeweilige Ausgangssignal. Algorithmen können aus diesen Daten das Bild des Objekts rekonstruieren.“

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

Das neuartige Mikrospiegelsystem erlaubt es, die spektralen Eigenschaften von Objekten innerhalb kürzester Zeit zu untersuchen. „Potenziell können damit chemische Stoffe anhand spektraler Fingerabdrücke im Terahertzspektralbereich identifiziert werden, ohne dabei die Objekte minutenlang abzuscannen“, sagt Lehrstuhlinhaber Professor Marco Rahm über die Technik.

Auf dem Campus haben die Forscher ihren Mikrospiegelmodulator im Reinraum des NanoStructuringCenter selbst hergestellt. In den kommenden Monaten werden sie vor allem daran arbeiten, die Modulatoren für die Materialuntersuchung zu optimieren. Interessant ist die Technik etwa für die Lebensmittelüberwachung, in der Schadstoffe aus der Herstellung und Verpackung gesundheitliche Folgen hervorrufen können. Aber auch 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 Pharmaindustrie und Medizintechnik Verwendung finden.

von mn

Originalveröffentlichung:

[J. Kappa, D. Sokoluk, S. Klingel, C. Shemelya, E. Oesterschulze, M. Rahm, Electrically Reconfigurable Micromirror Array for Direct Spatial Terahertz Modulation of Terahertz Waves over a Bandwidth Wider Than 1 THz, Sci. Rep. 9 (2019), DOI: 10.1038/s41598-019-39152-y]

www.uni-kl.de

Firmeninformationen
© photonik.de 2020 - Alle Rechte vorbehalten