Terahertz-Wellen als Spürhunde

Terahertz-Wellen, die bisher aus dem Labor kaum herausgefunden haben, könnten bald vielseitig genutzt werden. Fraunhofer-Forschern ist ein entscheidender Schritt dazu gelungen. Sie haben die Sende- und Empfangsgeräte mobil gemacht, sodass man sie überall problemlos einsetzen kann.

Mikrowellen kennt jeder – aber was sind Terahertz-Wellen? Die höher frequenten Wellen sind ein wahrer Tausendsassa: Sie können helfen, Sprengstoff oder Drogen aufzuspüren, ohne einen Koffer öffnen oder Kleidung durchsuchen zu müssen. Sie verraten, welche Substanzen durch Plastikrohre fließen. Mit ihnen lässt sich die Dicke von Lacken und anderen Beschichtungen zerstörungsfrei kontrollieren. Sie können nachgemachte von Original-Medikamenten unterscheiden und Sprünge, Blasen oder unerwünschte Einschlüsse in Keramik oder Kunststoff ans Licht bringen. Mediziner hoffen sogar, mit ihnen Hautkrebs aufspüren zu können, ohne eine Gewebeprobe entnehmen zu müssen.

Terahertz-Wellen liegen im Spektrum der elektromagnetischen Strahlung zwischen Infrarot und Mikrowellen. Sie durchdringen Holz, Keramik, Papier, Plastik oder Stoff und sind für Menschen ungefährlich. Metalle sind dagegen für THz-Wellen nicht transparent. Was sie zum Universalwerkzeug macht: Sie verändern sich beim Durchqueren von Gasen, Feststoffen oder Flüssigkeiten. Jede Substanz hinterlässt dabei ihren spezifischen Fingerabdruck, ob Sprengstoff oder Wasser, Heroin oder Blut. Und die Wellen zeigen genau, wo eine Substanz an eine andere grenzt, sodass sie das Innere von Gegenständen abbilden können.

Durchbruch bisher ausgeblieben

Doch bisher hat die Technologie den Durchbruch nicht geschafft. Denn der Bau von Sendern und Empfängern ist aufwändig und kostspielig. Hier haben die Forscher des Fraunhofer-Instituts für Physikalische Messtechnik IPM einen wichtigen Schritt geschafft. Sie machen die Geräte mobil.

Um THz-Wellen zu erzeugen, verwenden die IPM-Wissenschaftler einen Femtosekundenlaser. Dieser sendet extrem kurze Infrarot-Lichtblitze aus. Zur Veranschaulichung: In einer Femtosekunde kommt ein Lichtstrahl gerade eine Haaresbreite voran. Das gepulste Licht wird auf einen Halbleiter gerichtet, wo es Elektronen anregt, die daraufhin Terahertz-Wellen abstrahlen. Bei herkömmlichen Apparaturen läuft das Laserlicht frei durch den Raum, was die Messungen unflexibel und erschütterungsempfindlich macht.

Glasfaser im Einsatz

Die Fraunhofer-Experten führen es dagegen durch eine Glasfaser, wie man sie in ähnlicher Form auch für die Datenübertragung nutzt. Dabei ist Findigkeit gefragt. Denn in einer Glasfaser verlieren die Lichtpulse an Schärfe, weil die langwelligen Bestandteile die kurzwelligen überholen. Mit speziellen Leitungen und verschiedenen Modifiktionen ist es den Wissenschaftlern gelungen, diesen Effekt zu kompensieren.

„Unser faserbasiertes System ist so robust, wir können es einfach an eine übliche 240-Volt-Steckdose anschließen“, sagt IPM-Experte Joachim Jonuscheit. Weiteres Plus: Bisher brauchte die Apparatur eine erschütterungsfeste Unterlage, damit Vibrationen die Messungen nicht verfälschen. Dank der Strahlführung in einer Glasfaser fällt dies jetzt weg.

Universell einsetzbar

Die Vorteile liegen auf der Hand: Die etwa Kaffeetassen großen Sender und Empfänger hängen nun an einem flexiblen Kabel und können beliebig positioniert werden. Da Erschütterungen kein Problem mehr sind, lässt sich das Gerät selbst in einer Fabrikhalle einsetzen, wo Gabelstapler fahren und schwere Maschinen vibrieren. Kein Messpunkt liegt zu versteckt, denn die Glasfaserleitungen können bis zu 25 Meter überbrücken.

Beim Internationalen Terahertz Workshop, den das IPM zusammen mit dem VDI-Kompetenzfeld Optische Technologien am 4. und 5. März in Kaiserslautern ausrichtet, stellen die Forscher das innovative Gerät vor.

(idw – Fraunhofer-Gesellschaft, 27.02.2008 – DLO)