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Terahertz-Spektrometrie Kirill Klein Fachgebiet Hochfrequenztechnik TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Filling the Terahertz.

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Präsentation zum Thema: "Terahertz-Spektrometrie Kirill Klein Fachgebiet Hochfrequenztechnik TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Filling the Terahertz."—  Präsentation transkript:

1 Terahertz-Spektrometrie Kirill Klein Fachgebiet Hochfrequenztechnik TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Filling the Terahertz Gap

2 TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Kirill Klein Terahertzspektrometrie Fachgebiet Hochfrequenztechnik TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Fachgebiet Hochfrequenztechnik 1.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 Gliederung 1

3 TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Kirill Klein Terahertzspektrometrie Fachgebiet Hochfrequenztechnik TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Fachgebiet Hochfrequenztechnik 2 Elektronik Photonik μm nm pm THz gap 1550nm 193.4THz 1mm 300GHz

4 TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Kirill Klein Terahertzspektrometrie Fachgebiet Hochfrequenztechnik TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Fachgebiet Hochfrequenztechnik 3

5 TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Kirill Klein Terahertzspektrometrie Fachgebiet Hochfrequenztechnik TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Fachgebiet Hochfrequenztechnik Warum THz? 4 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

6 TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Kirill Klein Terahertzspektrometrie Fachgebiet Hochfrequenztechnik TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Fachgebiet Hochfrequenztechnik Plasmagrenzfrequenz 5 Metall => Elektronengas Kraft auf ein Elektron: Konvektionsstrom: Effektive Dielektrizitätszahl :

7 TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Kirill Klein Terahertzspektrometrie Fachgebiet Hochfrequenztechnik TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Fachgebiet Hochfrequenztechnik Zusammenfassend: 6 Plasmagrenzfrequenz

8 TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Kirill Klein Terahertzspektrometrie Fachgebiet Hochfrequenztechnik TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Fachgebiet Hochfrequenztechnik 2.Erzeugen 7 Was wollen wir denn erzeugen?

9 TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Kirill Klein Terahertzspektrometrie Fachgebiet Hochfrequenztechnik TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Fachgebiet Hochfrequenztechnik inkohärente z.B.:thermische Strahlung schmalbandige z.B.: Dauerstrich(cw)-Strahlung breitbandige z.B.: gepulste Strahlung (T-Ray) Klassifizierung von THz-Strahlung 8 I ω I ein I gemessen I absorbiert

10 TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Kirill Klein Terahertzspektrometrie Fachgebiet Hochfrequenztechnik TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Fachgebiet Hochfrequenztechnik 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 –Di erenzfrequenz aus zwei Diodenlasern –fs-Laserpulse Strahlungsquellen 9

11 TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Kirill Klein Terahertzspektrometrie Fachgebiet Hochfrequenztechnik TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Fachgebiet Hochfrequenztechnik 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 Elektronische Signalgeneratoren 10

12 TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Kirill Klein Terahertzspektrometrie Fachgebiet Hochfrequenztechnik TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Fachgebiet Hochfrequenztechnik 11 Elektronische Signalgeneratoren

13 TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Kirill Klein Terahertzspektrometrie Fachgebiet Hochfrequenztechnik TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Fachgebiet Hochfrequenztechnik Dauerstrich(cw)Terahertz-Strahlung sog. Photonischer Mischer schmalbandig 12 z.B.:853nm … 351THz z.B.:855nm THz f = 0.8 THz

14 TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Kirill Klein Terahertzspektrometrie Fachgebiet Hochfrequenztechnik TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Fachgebiet Hochfrequenztechnik Breitbandige (gepulste) Strahlung 13 Femtosekundenlaser 100 V 10fs B=4-5 THz

15 TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Kirill Klein Terahertzspektrometrie Fachgebiet Hochfrequenztechnik TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Fachgebiet Hochfrequenztechnik Wechselwirkungen 14 <300 cm cm -1 >700 cm -1

16 TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Kirill Klein Terahertzspektrometrie Fachgebiet Hochfrequenztechnik TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Fachgebiet Hochfrequenztechnik Photoleitende Antenne: Durch Laserimpuls und THz-Feld erzeugter Strom wird gemessen Elektro-optisches Abtasten Detektion 15

17 TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Kirill Klein Terahertzspektrometrie Fachgebiet Hochfrequenztechnik TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Fachgebiet Hochfrequenztechnik ANWENDUNGEN 16

18 TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Kirill Klein Terahertzspektrometrie Fachgebiet Hochfrequenztechnik TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Fachgebiet Hochfrequenztechnik Terahertz-Zeitbereichsspektroskopie 17

19 TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Kirill Klein Terahertzspektrometrie Fachgebiet Hochfrequenztechnik TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Fachgebiet Hochfrequenztechnik 18 Quelle6

20 TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Kirill Klein Terahertzspektrometrie Fachgebiet Hochfrequenztechnik TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Fachgebiet Hochfrequenztechnik 19

21 TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Kirill Klein Terahertzspektrometrie Fachgebiet Hochfrequenztechnik TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Fachgebiet Hochfrequenztechnik Medizinische Diagnostik 20

22 TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Kirill Klein Terahertzspektrometrie Fachgebiet Hochfrequenztechnik TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Fachgebiet Hochfrequenztechnik Sicherheitsanwendungen 21

23 TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Kirill Klein Terahertzspektrometrie Fachgebiet Hochfrequenztechnik TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Fachgebiet Hochfrequenztechnik Biomoleküle 22

24 TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Kirill Klein Terahertzspektrometrie Fachgebiet Hochfrequenztechnik TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Fachgebiet Hochfrequenztechnik Nacktscanner 23 Nicht nur Metalle, sondern auch einzelne Stoffe erkennbar!!!

25 TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Kirill Klein Terahertzspektrometrie Fachgebiet Hochfrequenztechnik TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Fachgebiet Hochfrequenztechnik 24 Anwendungen in Kunststoffindustrie

26 TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Kirill Klein Terahertzspektrometrie Fachgebiet Hochfrequenztechnik TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Fachgebiet Hochfrequenztechnik 25 Anwendungen in Kunststoffindustrie

27 TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Kirill Klein Terahertzspektrometrie Fachgebiet Hochfrequenztechnik TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Fachgebiet Hochfrequenztechnik 26 Anwendungen in Kunststoffindustrie

28 TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Kirill Klein Terahertzspektrometrie Fachgebiet Hochfrequenztechnik TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Fachgebiet Hochfrequenztechnik 27 Anwendungen in Kunststoffindustrie

29 TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Kirill Klein Terahertzspektrometrie Fachgebiet Hochfrequenztechnik TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Fachgebiet Hochfrequenztechnik 28 Anwendungen in Kunststoffindustrie

30 TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Kirill Klein Terahertzspektrometrie Fachgebiet Hochfrequenztechnik TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Fachgebiet Hochfrequenztechnik CONDOR (1.5 THz) 29

31 TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Kirill Klein Terahertzspektrometrie Fachgebiet Hochfrequenztechnik TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Fachgebiet Hochfrequenztechnik Stratospheric Observatory For Infrared Astronomy = SOFIA 30

32 TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Kirill Klein Terahertzspektrometrie Fachgebiet Hochfrequenztechnik TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Fachgebiet Hochfrequenztechnik Hochbitratige Kommunikation mit THz-Wellen 31

33 TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Kirill Klein Terahertzspektrometrie Fachgebiet Hochfrequenztechnik TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Fachgebiet Hochfrequenztechnik 32 The Terahertz Communications Lab Philipps-Universität Marburg TU Braunschweig Deutsches Terahertz-Zentrum Hochbitratige Kommunikation mit THz-Wellen

34 TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Kirill Klein Terahertzspektrometrie Fachgebiet Hochfrequenztechnik TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Fachgebiet Hochfrequenztechnik 33 Qualitätskontrolle der Lebensmittel

35 TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Kirill Klein Terahertzspektrometrie Fachgebiet Hochfrequenztechnik TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Fachgebiet Hochfrequenztechnik 34 Qualitätskontrolle der Lebensmittel

36 TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Kirill Klein Terahertzspektrometrie Fachgebiet Hochfrequenztechnik TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Fachgebiet Hochfrequenztechnik 35 Qualitätskontrolle der Lebensmittel

37 TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Kirill Klein Terahertzspektrometrie Fachgebiet Hochfrequenztechnik TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN Fachgebiet Hochfrequenztechnik Script Hochfrequenztechnik I Prof. Dr.-Ing. K. Petermann scanners-tell-between-aspirin-or-explosiveshttp://www.popsci.com/technology/article/ /tunable-lasers-could-allow-airport- scanners-tell-between-aspirin-or-explosives _jett/081013_01_koch_tu_braunschweig.pdf (Anwendung)http://www.spectronet.de/portals/visqua/story_docs/vortraege_2008/081013_technologietag _jett/081013_01_koch_tu_braunschweig.pdf (Detektion)http://www.ipm.fraunhofer.de/fhg/Images/Thz_Spektroskopie_TM_2005_tcm pdf bochum.de/netahtml/HSS/Diss/SchroeckKonstanze/diss.pdfhttp://www-brs.ub.ruhr-uni- bochum.de/netahtml/HSS/Diss/SchroeckKonstanze/diss.pdf Wikipedia.org und Google.de als Informationsquelle zum schnellen nachschauen. Quellen: 36


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