Transcript THzSpektrometrie

Terahertz-Spektrometrie
Filling the Terahertz Gap
Kirill Klein
E-Mail: [email protected]
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Fachgebiet Hochfrequenztechnik
Kirill Klein
Terahertzspektrometrie
Gliederung
1. Einführung in das Terahertz
2. Terahertzstrahlung
2.1 Eigenschaften
2.2 Erzeugen
2.3 Wechselwirkung
2.4 Detektion
3.Anwendungen (ThzImaging : scanner anal)
4.Ausblicke in die Zukunft und Schlusswort
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1mm →300GHz
Elektronik
1550nm →193.4THz
THz
gap
Photonik
μm
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nm
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pm
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Terahertzspektrometrie
Warum THz?
• sensitiv auf inter- und intramolekulare Wechselwirkungen durch
Anregung kollektiver Schwingungsmoden in Festkörpern
( geringe Probenverbrauch,kontaktfreie Untersuchung)
• zerstörungsfrei / geringe Ionisation
• löst keine photochemischen Reaktionen aus
• schnelle Datenaufnahme
• für Verpackungsmaterialien (z.B. Papier), Keramik, Kunststoffe
(z.B.Polyethylen, Nylon) und Kleidung transparent
• Messung von Amplitude und Phase des THz-Transienten
• Messung der dielektrischen Funktion und der Leitfähigkeit
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Plasmagrenzfrequenz
• Metall => Elektronengas
• Kraft auf ein Elektron:
• Konvektionsstrom:
• Effektive Dielektrizitätszahl :
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Plasmagrenzfrequenz
• Zusammenfassend:
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2.Erzeugen
Was wollen wir denn erzeugen?
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Klassifizierung von THz-Strahlung
• inkohärente z.B.:thermische Strahlung
• schmalbandige z.B.: Dauerstrich(cw)-Strahlung
• breitbandige z.B.: gepulste Strahlung (T-Ray)
I
Iein
Igemessen
Iabsorbiert
ω
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Strahlungsquellen
• Thermisch:
– Schwarzkörperstrahlung, Gasentladungslampen
• Elektronisch:
– HL-Oszillatoren bis 140 GHz mit anschliessender Vervielfachung
– Supraleitende Josephson Oszillatoren
– Quantum Cascade Laser
• Relativistisch:
– Modulierte Elektronenstrahlen (Klystron, Free Electron Laser)
• Optisch: Molekül Laser
– Differenzfrequenz aus zwei Diodenlasern
– fs-Laserpulse
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Elektronische Signalgeneratoren
• Halbleiter mit negativer Strom/Spannungskennlinie (z.B.
Gunn Diode) in Hohlraumresonator (bis 140 GHz)
+ Vervielfachung mit nicht linearen Bauelementen (z.B.
Schottky-Diode) auf bis zu 2 THz
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Elektronische Signalgeneratoren
http://www.iapmw.unibe.ch/teaching/vorlesungen/submm_optik/thz_quellen.pdf
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schmalbandig
• Dauerstrich(cw)Terahertz-Strahlung
• sog. Photonischer Mischer
∆f = 0.8 THz
z.B.:853nm … 351THz
z.B.:855nm 350.87THz
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Breitbandige (gepulste) Strahlung
B=4-5
THz
≈10fs
≈100 V
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Wechselwirkungen
<300 cm-1
200-900
cm-1
>700 cm-1
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Detektion
• Photoleitende Antenne: Durch Laserimpuls und THz-Feld erzeugter
Strom wird gemessen
• Elektro-optisches Abtasten
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ANWENDUNGEN
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Terahertz-Zeitbereichsspektroskopie
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Medizinische Diagnostik
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Sicherheitsanwendungen
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Biomoleküle
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Nacktscanner
Nicht nur Metalle, sondern auch einzelne Stoffe
erkennbar!!!
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Terahertzspektrometrie
Anwendungen in Kunststoffindustrie
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Anwendungen in Kunststoffindustrie
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Anwendungen in Kunststoffindustrie
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Anwendungen in Kunststoffindustrie
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CONDOR (1.5 THz)
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Stratospheric Observatory For Infrared
Astronomy = SOFIA
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Terahertzspektrometrie
Hochbitratige Kommunikation mit THz-Wellen
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Hochbitratige Kommunikation mit THz-Wellen
The Terahertz Communications Lab
Philipps-Universität Marburg
TU Braunschweig
Deutsches Terahertz-Zentrum
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Terahertzspektrometrie
Qualitätskontrolle der Lebensmittel
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Quellen:
•
Script „Hochfrequenztechnik I“ Prof. Dr.-Ing. K. Petermann
•
http://controls.als.lbl.gov/als_physics/Fernando/USPASJan08AllLecturesPDF/ThzScience.pdf
•
http://www.popsci.com/technology/article/2009-12/tunable-lasers-could-allow-airportscanners-tell-between-aspirin-or-explosives
•
http://www.iapmw.unibe.ch/teaching/vorlesungen/submm_optik/thz_quellen.pdf
•
http://www.ece.virginia.edu/graduate/THz%20Research%20at%20UVA.pdf
•
www.THzNetwork.org
•
www.aps.org/units/fiap/meetings/presentations/upload/globus.pdf
•
http://www.spectronet.de/portals/visqua/story_docs/vortraege_2008/081013_technologietag
_jett/081013_01_koch_tu_braunschweig.pdf (Anwendung)
•
http://www.ipm.fraunhofer.de/fhg/Images/Thz_Spektroskopie_TM_2005_tcm91-51260.pdf
(Detektion)
•
http://www-brs.ub.ruhr-unibochum.de/netahtml/HSS/Diss/SchroeckKonstanze/diss.pdf
•
http://edoc.ub.uni-muenchen.de/9527/1/Buersgens_Federico_F.pdf
•
Wikipedia.org und Google.de als Informationsquelle zum schnellen nachschauen.
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