Komponenten und Systeme zur Dauerstrich-THz-Spektroskopie auf Basis optischer Telekommunikationstechnologien

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Beschreibung

In der vergangenen Dekade konnte der THz-Frequenzbereich, der zwischen dem Mikrowellenbereich und dem Ferninfraroten liegt, durch die Entwicklung künstlicher Quellen vollständig erschlossen werden. Die Erschließung öffnete ein breites Feld neuer Anwendungsgebiete für die Messtechnik. Hierbei zeigte sich vor allem die breitbandige optoelektronische THz-Erzeugung als besonders effektiv. Allerdings wurde die THz-Messtechnik angesichts kostengünstigerer, nicht so effektiver Messtechniken wenig weiterentwickelt. Daher sind in den letzten Jahren verschiedene Ansätze für kostengünstigere optoelektronische THz-Systeme verfolgt worden. Das größte Potential für eine kostengünstige THz-Messtechnik besitzen Dauerstrich-THz-Systeme auf Basis optischer Telekommunikationstechnologien. Diese Arbeit schildert die Entwicklung der optoelektronischen Wandler für ein solches System. Dabei konzentriert sie sich auf die Entwicklung von photodiodenbasierten THz-Emittern und die Realisierung photoleitender THz-Detektoren, die beide mit der optischen Telekommunikationswellenlänge 1,5 μm betrieben werden können. Für beide Komponenten werden die grundlegenden Mechanismen analytisch beschrieben und messtechnisch verifiziert. Darauf aufbauend werden verschiedene Ansätze zur Verbesserung beider Komponenten beschrieben. Zusätzlich zu den optoelektronischen Wandlern präsentiert die Arbeit einen elektrooptischen Ansatz zur THz-Phasensteuerung, der eine schnelle und stabile kohärente Erfassung des THz-Signals ermöglicht. Ein aus diesen Komponenten realisiertes Dauerstrich-THz-System zeigt anhand einiger Applikationsbeispiele, wie Dickenbestimmung von Multischichten, THz-Imaging oder schneller Signalerfassung im mittleren kHz-Bereich, das Potenzial dieser Technologie.