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Terahertz-Spektrometrie

Terahertz-Spektrometrie. Filling the Terahertz Gap. Kirill Klein E-Mail: kirill.klein@tu-berlin.de. TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN. Fachgebiet Hochfrequenztechnik. Gliederung. Einführung in das Terahertz 2. Terahertzstrahlung 2.1 Eigenschaften 2.2 Erzeugen 2.3 Wechselwirkung

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Terahertz-Spektrometrie

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Presentation Transcript

  1. Terahertz-Spektrometrie Filling the Terahertz Gap Kirill Klein E-Mail: kirill.klein@tu-berlin.de TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Fachgebiet Hochfrequenztechnik

  2. Gliederung • 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

  3. 1mm →300GHz THz gap 1550nm →193.4THz Elektronik Photonik μm nm pm

  4. 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

  5. Plasmagrenzfrequenz • Metall => Elektronengas • Kraft auf ein Elektron: • Konvektionsstrom: • Effektive Dielektrizitätszahl :

  6. Plasmagrenzfrequenz Zusammenfassend:

  7. 2.Erzeugen Was wollen wir denn erzeugen?

  8. Klassifizierung von THz-Strahlung I Iein Igemessen Iabsorbiert ω inkohärente z.B.:thermische Strahlung schmalbandige z.B.: Dauerstrich(cw)-Strahlung breitbandige z.B.: gepulste Strahlung (T-Ray)

  9. 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

  10. 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

  11. Elektronische Signalgeneratoren http://www.iapmw.unibe.ch/teaching/vorlesungen/submm_optik/thz_quellen.pdf

  12. schmalbandig ∆f = 0.8 THz z.B.:853nm … 351THz z.B.:855nm 350.87THz Dauerstrich(cw)Terahertz-Strahlung sog. Photonischer Mischer

  13. Breitbandige (gepulste) Strahlung B=4-5 THz ≈10fs ≈100 V Femtosekundenlaser

  14. Wechselwirkungen <300 cm-1 200-900 cm-1 >700 cm-1

  15. Detektion Photoleitende Antenne: Durch Laserimpuls und THz-Feld erzeugter Strom wird gemessen Elektro-optisches Abtasten

  16. ANWENDUNGEN

  17. Terahertz-Zeitbereichsspektroskopie

  18. Quelle6

  19. Medizinische Diagnostik

  20. Sicherheitsanwendungen

  21. Biomoleküle

  22. Nacktscanner NichtnurMetalle, sondernaucheinzelneStoffeerkennbar!!!

  23. Anwendungen in Kunststoffindustrie

  24. Anwendungen in Kunststoffindustrie

  25. Anwendungen in Kunststoffindustrie

  26. Anwendungen in Kunststoffindustrie

  27. Anwendungen in Kunststoffindustrie

  28. CONDOR (1.5 THz)

  29. Stratospheric Observatory For Infrared Astronomy = SOFIA

  30. Hochbitratige Kommunikation mit THz-Wellen

  31. Hochbitratige Kommunikation mit THz-Wellen The Terahertz Communications Lab Philipps-Universität Marburg TU Braunschweig Deutsches Terahertz-Zentrum

  32. Qualitätskontrolle der Lebensmittel

  33. Qualitätskontrolle der Lebensmittel

  34. Qualitätskontrolle der Lebensmittel

  35. 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-airport-scanners-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-uni-bochum.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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