Terahertz

Die technische Nutzung der Strahlen eröffnet neue Möglichkeiten in der Qualitätsprüfung, Medizin- und Sicherheitstechnik

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Ist das Medikament echt, oder ein billiges Plagiat? Hat der Fluggast Sprengstoff im Schuh? Ist die Klebeverbindung, die zwei Kunststoffteile eines Fahrzeugs zusammenhält, stabil? Sind die Fundamente eines alten Bauwerks durchfeuchtet und möglicherweise instabil? Terahertz-Strahlen können diese Fragen beantworten. »Tera« steht für eine Zahl mit zwölf Nullen, Terahertz bezeichnet eine Frequenz von tausend Milliarden Schwingungen pro Sekunde. In diesem Frequenzbereich haben viele Materialien völlig andere Eigenschaften als in den bisher genutzten: Für Terahertz-Strahlen sind Medikamentenschachteln genauso durchsichtig wie Kleidung, Lederschuhe, Kunststoff, Ruß oder Stein. Gleichzeitig können mit Terahertz-Technik viele Substanzen nachgewiesen werden, beispielsweise Substanzen in Medikamenten, Spreng- oder Klebstoffe.

»In Deutschland gibt es einzelne Arbeitsgruppen an Universitäten, die sich mit diesem Forschungszweig befassen, aber insgesamt wurde bisher nur wenig in die neue Technik investiert«, bedauert Wagner. »Die Technik hat einen Entwicklungsstand erreicht, die sie für industrielle Anwendungen interessant macht. Deshalb haben wir zusammen mit der Technischen Universität Kaiserslautern, die auf diesem Gebiet eine langjährige Kompetenz aufgebaut hat, eine Arbeitsgruppe gegründet.« Diese gemeinsame Aktivität TeraTec ist am Fachbereich Physik in Kaiserslautern angesiedelt. Sie wird als Fraunhofer-Projektgruppe gegründet und über eine Anlauffinanzierung des Landes Rheinland-Pfalz mit finanziert. Leiter der Forschungsarbeiten ist Prof Rene Beigang. Ihr Ziel: Lösungen für die Industrie zu entwickeln – beispielsweise kompakte, portable und kostengünstige Endgeräte, die flexibel eingesetzt werden können.

»Es gibt grundsätzlich mehrere Methoden, um Terahertz-Strahlung zu erzeugen«, erläutert Wagner. »Wir verwenden Laser, die extrem kurze Lichtblitze aussenden, wie Femtosekundenlaser.« Die Forscher aus Freiburg kooperieren auch mit Kollegen vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena, wo eine neue Generation von Lasern entwickelt wird. Kernstück dieser »Faserlaser« sind optische Glasfasern, die mit geringen Mengen eines aktiven Materials dotiert sind. Meist handelt es sich dabei um Ionen aus der Gruppe der seltenen Erden. Regt man diese Teilchen optisch an, geben diese die Energie in Form von Laserstrahlung ab. Die Vorteile dieses Konzeptes: Die große Oberfläche der viele Meter langen Faser sorgt für eine gleichmäßige und effiziente Kühlung. Außerdem hat der Faserlaser eine sehr gute Strahlqualität, weil das Licht in der Faser sehr eng geführt wird. »Faserlaser verbinden in hervorragender Weise die Vorteile von diodengepumpten Festkörperlasern mit denen von Wellenleitern«, resümiert Prof. Andreas Tünnermann, Leiter des IOF.

Geeignet wäre ein mobiles Messgerät zur Analyse von Abgasen: Terahertz-Strahlen können im Rauch von Kraftwerken, Müllverbrennungsanlagen oder Industrieanlagen Schadstoffe nachweisen, ohne dass Russpartikel das Messergebnis verfälschen.