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Bildgebende Spektroskopie mit kontinuierlicher THz-Strahlung

Die technische Nutzung des Spektralbereichs zwischen hundert GHz und einigen THz stellt seit jeher eine Herausforderung dar. Nachdem es vor fünf Jahren erstmals gelang, Bilder mit gepulster THz-Strahlung herzustellen, ist nun das weltweit erste funktionstüchtige THz-Spektrometer enstanden, das mit kontinuierlicher Strahlung arbeitet.

THz-Transmissionsbild eines Präparats einer mit Krebs durchsetzten menschlichen Leber im Vergleich zu einer herkömmlichen Photographie der Probe, auf der die Metastasen als helle Flecken zu erkennen sind.

Eine aussichtsreiche Anwendung der THz-Strahlung ist die Abbildung unterschiedlichster Proben, zum Beispiel im Bereich der Biomedizin oder der Materialwissenschaften. Die Transmissionsbilder der abgetasteten Proben liefern Informationen, die sonst nicht zugänglich sind oder deren Messung mit Nachteilen verbunden ist, so zum Beispiel durch die Strahlenbelastung lebender Organismen beim Röntgen. In letzter Zeit konzentriert sich die Forschung im Bereich der THz-Spektroskopie auch auf die Bilderzeugung mit kontinuierlicher statt gepulster Strahlung. Der Einsatz kontinuierlicher THz-Strahlung ist bei diskreten Frequenzen möglich und liefert dort ein besseres Signal-zu-Rausch-Verhältnis als die mit gepulster Strahlung arbeitende Methode, bei der über einen kleinen Bereich des Pulsspektrums integriert werden muss.

Das erste funktionstüchtige THz-Spektrometer mit kontinuierlicher Strahlung ist nun in der Arbeitsgruppe "Terahertz-Systemtechnik" am Institut für Hochfrequenztechnik der Technischen Universität Braunschweig in Zusammenarbeit mit dem Fachlabor "Halbleiterstrukturen" der PTB entstanden. Die Erzeugung der Strahlung erfordert die Herstellung photoleitender Dipolantennen auf der Basis des mit einem besonderen Verfahren hergestellten Halbleitermaterials Galliumarsenid, das sich durch eine sehr kurze Lebensdauer der Ladungsträger auszeichnet. Das Material sowie die photoleitenden Antennen wurden in der PTB hergestellt und für die Anwendung optimiert.

Zur Demonstration des Potentials der Methode wurde in einer ersten Anwendung aus dem Bereich der Medizin ein THz-Transmissionsbild eines Präparats einer mit Krebs durchsetzten menschlichen Leber aufgenommen. Weitergehende Untersuchungen zur Leistungsfähigkeit der neuen Methode können nun, mit der Verfügbarkeit des neuen Systems folgen.

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