Weltweit erstmals ist es jetzt gelungen, Informationen mit Terahertz-Strahlen zu übermitteln. Forscher von der Technischen Universität Braunschweig haben dazu eine neue Art von Modulator entwickelt, mit welchem sich den Terahertzwellen Informationen aufprägen lassen.
Terahertz-Strahlen liegen zwischen dem Bereich der Mikrowellen, die auch beim Mobilfunk eingesetzt werden, und der Wärmestrahlung. Sie können daher entweder als extrem hochfrequente Mikrowellenstrahlung oder als sehr langwelliges Licht angesehen werden. Die an der TU Braunschweig für die Informationsübertragung entwickelten Modulatorstrukturen basieren auf einem bekannten Transistorkonzept, das aber erstmals für diese völlig neue Anwendung eingesetzt wurde. Die Modulatoren, die an der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB), ebenfalls in Braunschweig, gefertigt wurden, enthalten eine sehr dünne Schicht von Elektronen. Durch das Anlegen einer Spannung kann diese Schicht entfernt werden. Dadurch wirkt die Modulatorstruktur auf die Terahertzwellen mal mehr und mal weniger wie ein Metallspiegel. Die Transmission durch die Struktur kann also über die Spannung eingestellt werden.
In einem ersten Demonstrationsexperiment wurden die Modulatoren in einem Sender-Empfänger-System platziert und von Musik aus einem CD-Spieler angesteuert. Das Signal der Empfangsantenne wurde dann auf einen Lautsprecher gegeben. „In diesen ersten Versuchen konnten wir die Musik etwa in der Qualität empfangen, wie man Sie vom Telefonieren her kennt“, erläutert Thomas Kleine-Ostmann, Doktorand am Institut für Hochfrequenztechnik.
„Dies ist ein weiterer wichtiger Schritt hin zu einem drahtlosen Terahertz-Kommunikationssystem“ so Prof. Martin Koch, Leiter der Terahertz-Gruppe. Die Triebfeder für ein solches System ist der stetig steigende Bedarf an Bandbreite in mobilen Kommunikationssystemen, welcher nur durch immer höhere Trägerfrequenzen befriedigt werden kann. Während Handys gegenwärtig im Bereich von 1-2 Gigahertz (GHz) arbeiten, nutzen das neue Bluetooth-System oder Wireless-LAN-Systeme zur drahtlosen Vernetzung von mobilen und stationären Datenträgern eine Frequenzen zwischen 2,4 und 5 GHz. „In nicht zu ferner Zukunft werden wir wohl die ersten lokalen Funknetze bei 50-60 GHz erleben. Langfristiges Ziel muss es aber sein, diese Arbeitsfrequenzen weiter zu steigern und in den Terahertz (THz) -Bereich (1 THz = 1000 GHz) vorzudringen. Um kleine, preisgünstige und effektive Sende- und Empfangskomponenten für Terahertz-Frequenzen zu entwickeln, muss jedoch noch einiges an Forschungsarbeit geleistet werden“, so Prof. Koch.
Unabhängig davon werden gegenwärtig eine ganze Reihe von Anwendungen diskutiert, die auf bildgebenden THz-Verfahren beruhen; angefangen von der medizinischen Diagnostik über Sicherheitsanwendungen bis hin zur Kontrolle von Fertigungsprozessen.
Derzeit arbeitet die Gruppe daran, die Modulatorstrukturen zu optimieren, um größere Modulationstiefen und höhere Arbeitsfrequenzen zu erreichen. „Radio TeraWelle“ wird also für die nächste Zeit nur im Labor der Braunschweiger Forscher zu hören sein.
(idw – Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig, 25.02.2004 – DLO)
