Terahertz-Strahlung: Hoffnungsträger für neue Technologien


Additiv gefertigte Beugungsgitter zur Manipulation von Terahertz-Strahlung. Fotos: Tanja Coenen/TU Braunschweig
Additiv gefertigte Beugungsgitter zur Manipulation von Terahertz-Strahlung. Fotos: Tanja Coenen/TU Braunschweig Foto: TU BS

Braunschweig. Terahertzwellen gelten als Hoffnungsträger für neue Technologien in der Medizin, Kommunikation und der Sicherheitstechnik. Grundlage dafür sind allerdings neue optische Komponenten. Forscher der TU Braunschweig haben so genannte Beugungsgitter hergestellt – im 3D-Druckverfahren. Ihre Messungen haben gezeigt, dass die Gitter eine gezielte Manipulation der hochfrequenten Strahlung ermöglichen. Optische Komponenten für Terahertzwellen können demnach schnell und zuverlässig gefertigt und in neuen Anwendungsfällen erforscht werden. Die Ergebnisse der Untersuchung sind im Journal „IEEE Transactions on Applied Superconductivity“ erschienen. Dies teilt die TU mit.


3D-Gitter können Strahlung gezielt verändern


Die Beugungsgitter seien fünf mal fünf Zentimeter groß, ihre Fläche bestehe aus sich periodisch wiederholenden Strukturen. Um die Beugung der Strahlung analysieren zu können, sei eine präzise Fertigung der Gitter Voraussetzung. Am Institut für Elektrische Messtechnik und Grundlagen der Elektrotechnik (EMG) der TU Braunschweig unter Leitung von Professor Meinhard Schilling komme deshalb ein Stereolithografie-Drucker zum Einsatz. Nach dem Druck werden die Beugungsgitter mit einer dünnen Goldschicht versehen: „Das erhöht den Reflexionsgrad der Strukturen“, sagt Dr. Benedikt Hampel, der sich mit der Untersuchung von optischen Eigenschaften von 3D-gedruckten Strukturen beschäftige. Bei der Stereolithografie werden flüssige lichtempfindliche Harze mit einem Laser verfestigt. Dies könne mit extrem hoher Genauigkeit im Mikrometerbereich erfolgen. Auf diese Weise lassen sich sehr präzise Objekte aus Kunststoffen – schnell und reproduzierbar – fertigen. Zur Verbesserung der Qualität werde die Oberfläche der 3D-gedruckten Beugungsgitter genau unter die Lupe genommen: Wissenschaftler am EMG untersuchen ihre Rauigkeit und messen die gebeugte Strahlung. Hierfür stehe ein am Institut entwickeltes Terahertz-Rastermikroskop zur Verfügung, das die Strahlenverteilung dreidimensional erfasse und messbar mache.

Terahertz-Strahlung:


Terahertz-Strahlung sei eine elektromagnetische Strahlung, deren Frequenz sich oberhalb von Mikrowellen und unterhalb von sichtbarem Licht befinde. Dieser Frequenzbereich sei in der Vergangenheit aufgrund von fehlenden Quellen und Sensoren nur selten für technische Anwendungen genutzt worden. Die vergleichsweise hohen Frequenzen versprechen spannende Anwendungsszenarien beispielsweise als schnelle Übertragungstechnik im Mobilfunk und in der Medizin die Analyse von Gewebe und Atemluft. Zum Einsatz komme die hochfrequente Strahlung zum Beispiel in Form von Detektoren am Flughafen: Die für den Menschen ungefährliche Strahlung erreiche eine gute räumliche Auflösung und könne viele nicht-metallische Materialien durchdringen.

Das Institut:


Das Institut beschäftige sich seit vielen Jahren mit dem Entwurf und der Verbesserung von 3D-Druckern. Seit 2016 unterstütze das EMG die Firma Fabmaker GmbH bei der Ausgründung, um diese Technologie auch in Schulen verfügbar zu machen. Seit dem Sommersemester 2019 biete das Institut eine Lehrveranstaltung zum Thema Additive Fertigung an. Die weiteren Entwicklungen der optischen Komponenten werden im Nanometrologie-Forschungszentrum LENA (Laboratory for Emerging Nanometrology) und im Institut für Elektrische Messtechnik und Grundlagen der Elektrotechnik an der TU Braunschweig gemeinsam mit der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) und im Rahmen des Exzellenzclusters „Quantum Frontiers“ vorangetrieben.

 Einer der am Institut für Elektrische Messtechnik und Grundlagen der Elektrotechnik verwendeten 3D-Drucker: Formlabs Form 2.
Einer der am Institut für Elektrische Messtechnik und Grundlagen der Elektrotechnik verwendeten 3D-Drucker: Formlabs Form 2. Foto:


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