THZ-AN­WEN­DUN­GSÜBERSICHT

Mit Be­ginn der THz Er­zeu­gung durch ul­tra­kur­ze Pulse Ende der 1980er Jahre be­gann auch die in­ten­si­ve Suche nach An­wen­dun­gen im THz Be­reich. Ins­ge­samt wird ein gro­ßes Po­ten­ti­al durch die fol­gen­den Ei­gen­schaf­ten ge­se­hen:

• Nie­der­ener­ge­tisch: Im Ge­gen­satz zu Rönt­gen­strah­lung ist die Strah­lung aus dem THz Be­reich nicht- io­ni­sie­rend, was eine Ge­fähr­dung von Mensch und Ma­te­ri­al na­he­zu aus­schließt. Al­ler­dings ist dies auch eine große Her­aus­for­de­rung, da die Wär­me­strah­lung der Um­ge­bung oft eine si­gni­fi­kan­te Stör­grö­ße dar­stellt.
• Durch­dringt viele op­tisch un­durch­läs­si­ge Ma­te­ria­li­en: Pa­pier, Plas­tik und Stoff sind wei­test­ge­hend trans­pa­rent für den Strah­lungs­be­reich, so dass hier ein gro­ßes Po­ten­ti­al für Si­cher­heits­tech­nik und Qua­li­täts­kon­trol­le vor­liegt. Den­noch konn­te bis­her kaum ein Ein­satz im Mas­sen­markt rea­li­siert wer­den.
• Hohe Ab­sorp­ti­on durch Was­ser: Was für Feuch­tig­keits­mes­sun­gen an der Haut, oder in Pro­duk­ten noch Vor­tei­le mit sich bringt, stellt ge­ra­de im Be­reich der Funk­über­tra­gung mit Trä­ger­wel­len im THz Be­reich ein gro­ßes Pro­blem dar. Die Was­ser­ab­sorp­ti­on in der At­mo­sphä­re er­mög­licht, wenn über­haupt, nur Über­tra­gun­gen in schma­len Be­rei­chen oder über kurze Dis­tan­zen.
• Spek­tra­le Fin­ger­ab­drü­cke im THz Be­reich: Viele Mo­le­kü­le be­sit­zen Ro­ta­ti­ons- und Vi­b­ra­ti­ons­ban­den im die­sem En­er­gie­be­reich. Dies kann aus­ge­nutzt wer­den, um be­stimm­te Sub­stan­zen (Phar­ma­zeu­ti­ka, Spreng­stof­fe …) zu iden­ti­fi­zie­ren.

Ab­bil­dung 1: Mög­li­che An­wen­dung Pro­dukt­kon­trol­le. Durch die Mes­sung bei 300G­Hz sind die Struk­tu­ren im In­ne­ren des Zei­chen­ta­bletts deut­lich zu er­ken­nen.

Bis jetzt konn­te je­doch kein wirk­li­cher Durch­bruch er­reicht wer­den, was unter an­de­rem an den hohen In­ves­ti­ti­ons­kos­ten liegt, die mit der An­schaf­fung eines THz- Sys­tems ver­bun­den sind. Den­noch fin­det eine rege Dis­kus­si­on für den Ein­satz in vie­len Ge­bie­ten statt. Hier eine klei­ne Aus­wahl:

• Me­di­zin­tech­nik: Ein viel­dis­ku­tier­ter Be­reich ge­ra­de in den 90er Jah­ren. Die hohe Ab­sorp­ti­on durch Was­ser be­schränkt die An­wen­dung den­noch auf die obe­ren Haut­schich­ten. Hier konn­te je­doch ge­zeigt wer­den, dass eine Iden­ti­fi­ka­ti­on von Haut­krebs mög­lich ist. Die Kos­ten für ein sol­ches Sys­tem über­stei­gen je­doch bei wei­tem die Kos­ten, die durch die Be­hand­lung durch einen er­fah­re­nen Me­di­zi­ner ent­ste­hen.
• Si­cher­heits­tech­nik: Neben der Brief­kon­trol­le auf Spreng­stof­fe haben in den letz­ten Jah­ren vor allem die Kör­per­scan­ner an Flug­hä­fen für Schlag­zei­len ge­sorgt. Der Fre­quenz­be­reich die­ser Sys­te­me liegt zwar der­zeit noch bei unter 100G­Hz, doch auch hier stel­len di­ver­se Lagen Klei­dung eine große Her­aus­for­de­rung dar, um mit hoher Zu­ver­läs­sig­keit ver­steck­te Ob­jek­te zu fin­den.
• Pro­dukt­kon­trol­le: Der Fokus liegt hier der­zeit ins­be­son­de­re bei der Schicht­di­cken­mes­sung von op­tisch in­trans­pa­ren­ten Ma­te­ria­li­en. So kön­nen z.B. Plas­ti­k­roh­re kon­takt­los in der Fer­ti­gung über­prüft wer­den oder mehr­la­gi­ge Lack­schich­ten ver­mes­sen wer­den, die noch nicht ge­trock­net sind.
• Phar­ma­zeu­tik: Hier stellt z.B. die Über­wa­chung des Be­schich­tungs­vor­gangs von Ta­blet­ten eine mög­li­che An­wen­dung dar. Mit­tels THz Time Do­main Spec­trosco­py kann hier die Schicht­di­cke der Be­schich­tung wäh­rend des Pro­zes­ses kon­trol­liert wer­den. Wei­ter­hin stellt die Stof­fi­den­ti­fi­ka­ti­on mit­tels Ra­man-Spek­tro­sko­pie eine eta­blier­te An­wen­dung in die­sem Fre­quenz­be­reich dar, al­ler­dings wird die Mes­sung hier in­di­rekt über Mes­sun­gen im Na­hin­fra­ro­ten vor­ge­nom­men, wo sämt­li­che Kom­po­nen­ten güns­ti­ger ein­ge­kauft wer­den kön­nen.
• Da­ten­über­tra­gung: Immer hö­he­re Da­ten­über­tra­gungs­ra­ten ver­lan­gen nach immer hö­he­rer Mo­du­la­ti­ons­fre­quenz der Trä­ger­wel­le. Zwar ist hier der Schritt in den THz Be­reich na­he­zu un­aus­weich­lich, al­ler­dings ent­ste­hen neue Pro­ble­me. Zum einen die Ab­sorp­ti­on in der At­mo­sphä­re zum an­de­ren ist hoch­fre­quen­te Strah­lung im All­ge­mei­nen deut­lich ge­rich­te­ter, so dass eine Über­tra­gung nur im Be­reich der sog. 'Line of sight' mög­lich ist.