Fraunhofer IPM Neue Messanwendungen mit Terahertz-Spektroskopie

Redakteur: Andreas Mühlbauer

THz-Strahlung vereint einige Vorteile der angrenzenden spektralen Bereiche. Auf Grund ihrer größeren Wellenlänge im Vergleich zu sichtbarem Licht oder IR-Strahlung dringt sie vergleichsweise tief in zu untersuchende Materialien ein. Gleichzeitig ergibt sich eine bessere räumliche Auflösung als beim messtechnischen Einsatz langwelligerer Mikrowellen.

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Terahertz-Messstation
Terahertz-Messstation
( Bild: Fraunhofer IPM )

Durch die Entwicklung preiswerter, handhabbarer THz-Emitter und -Detektoren in den letzten Jahren kommt die THz-Strahlung heute in der Laboranalytik, Prozessmesstechnik, Qualitätssicherung oder Sicherheitstechnologie zur Anwendung.

Weite Bereiche des elektromagnetischen Spektrums werden heute für die Messtechnik genutzt. THz-Strahlung wurde bis vor kurzem kaum genutzt. In den vergangenen Jahren wurden praxistaugliche, handhabbare THz-Emitter und Detektoren entwickelt, sodass THz-Strahlung heute in der Laboranalytik, Prozessmesstechnik, Qualitätssicherung oder Sicherheitstechnologie angewendet werden kann. Sie vereint einige Vorteile der angrenzenden spektralen Bereiche. Auf Grund ihrer größeren Wellenlänge im Vergleich zu sichtbarem Licht oder IR-Strahlung dringt sie vergleichsweise tief in zu untersuchende Materialien ein. Gleichzeitig ergibt sich eine bessere räumliche Auflösung als beim messtechnischen Einsatz langwelligerer Mikrowellen.

Grundsätzlich gilt:

  • höhere Wellenlänge bzw. niedrige Frequenz: höhere Eindringtiefe, geringere Energie
  • niedrige Wellenlänge bzw. höhere Frequenz: bessere Auflösung, größere Energie

Qualitätskontrolle mittels THz-Spektroskopie

Anders als Röntgen- oder UV-Strahlung löst THz-Strahlung keine Änderungen in der chemischen Struktur der untersuchten Substanzen aus. Für den Menschen ist sie daher unbedenklich. THz-Strahlung durchdringt Materialien wie Pappe, Holz oder verschiedene Kunststoffe problemlos. So ist es beispielsweise möglich, Medikamente durch die Verpackung hindurch spektroskopisch auf Qualität und Echtheit zu überprüfen.

Auch die Qualität von Oberflächen oder Verbundwerkstoffen kann mittels THz-Spektroskopie oder -Imaging sehr genau und zerstörungsfrei untersucht werden. Wasser und Metall allerdings absorbieren THz-Strahlung nahezu vollständig oder reflektieren sie. Diese Eigenschaft schließt einige Anwendungen grundsätzlich aus, darunter die meisten medizinischen Szenarien oder Analysen in geschlossenen Metallcontainern. Man kann sie sich jedoch auch zunutze machen, beispielsweise für hochsensitive Restfeuchte-Messungen oder zur Detektion von Metalleinschlüssen.

Flexibilität durch kompakte Sender und Empfänger

Bisher hat die Technologie den Durchbruch allerdings noch nicht geschafft. Denn der Bau von Sendern und Empfängern ist aufwändig. Hier haben die Forscher des Fraunhofer IPM einen wichtigen Schritt geschafft. Durch die Strahlführung in einer Glasfaser machen sie die Geräte robust und mobil. Eine übliche 230-V-Steckdose reicht für den Betrieb aus.

Die Vorteile liegen auf der Hand: Die Sender und Empfänger, die in etwa die Größe einer Getränkedose haben, 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 m überbrücken.

Die THz-Messtechnik wird vom Fraunhofer IPM am Messestand der Fraunhofer-Allianz Vision (Halle 1, Stand 1502) bei der Control 2009 in Stuttgart, 5. bis 8. Mai, präsentiert. Die Fraunhofer-Allianz Vision ist ein Zusammenschluss von Fraunhofer-Instituten zu den Themen Bildverarbeitung, optische Inspektion und 3-D-Messtechnik, Röntgenmesstechnik und zerstörungsfreie Prüfung.

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