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THz-Strahlung erstmals absolut gemessen

Die langwellige Terahertz-Strahlung ermöglicht neue, sichere Methoden der Personenkontrolle im Reiseverkehr. Grundlegend dafür ist die quantitative Messung der Strahlung. Mit in der PTB entwickelten Hohlraumstrahlern, die berechenbare THz-Strahlung für absolute Messungen liefern, konnte erstmals die spektrale Empfindlichkeit von THz-Empfängern absolut bestimmt werden.

Die THz-Filter bestehen aus Lagen von Kupfergewebe mit definiertem Abstand und definierter Strukturierung.

Strahlung im THz-Bereich (mit Wellenlangen von 30 µm bis 3000 µm und Frequenzen von 0,1 THz bis 10 THz) durchdringt Kleidung und viele andere organische Materialien und bietet darüber hinaus spektroskopische Information über sicherheitsrelevante Materialien wie insbesondere Sprengstoffe und pharmakologische Substanzen. Das breite Spektrum der möglichen Anwendungen reicht von der Personenkontrolle bis zur Untersuchung der räumlichen bzw. Zeitstruktur der Elektronenpakete in Speicherringen zur Synchrotronstrahlungserzeugung und in Freien-Elektronenlasern, wozu die hier charakterisierten Empfänger vom Deutschen Elektronen Synchrotron DESY eingesetzt werden.

Die volle Information der THz-Spektren lässt sich nur mit Detektoren bekannter spektraler Empfindlichkeit bestimmen. Bisher sind die integrale Empfindlichkeit der entsprechenden Detektoren und deren spektrale Verteilung noch weitgehend unbekannt. Die PTB hat nun erstmals die spektralen Empfindlichkeiten von zwei THz-Detektoren im Wellenlangenbereich von 50 µm bis 600 µm mit Hilfe von Hohlraumstrahlern bestimmt.

Um nach dem Planckschen Strahlungsgesetz berechenbare spektrale Strahlungsflüsse im THz-Bereich zur Verfügung zu stellen, nutzt die PTB zwei THz-Hohlraumstrahler unterschiedlicher Temperatur in Verbindung mit THz-Band- und Langpassfiltern. Die Innenflächen der Strahler sind mit einer speziellen Beschichtung versehen, die auch im THz-Bereich einen bekannten und hohen Emissionsgrad aufweist und so die Berechenbarkeit der auf den Detektor treffenden Strahlung ermöglicht. Um eine hinreichend spektrale Reinheit der THz-Strahlung zu erzielen, ist eine Unterdrückung der Infrarot-Strahlung von mehr als neun Größenordnungen notwendig.

Mit einem FT-IR-Spektrometer wurde bei allen verwendeten Filterkombinationen der Transmissionsgrad im Wellenlängenbereich von 0,8 µm bis 1700 μm genau bestimmt. Wegen der berechenbaren Strahlung der Hohlraumstrahler und des bekannten Transmissionsgrades der Filter lassen sich die spektralen Strahlungsflüsse präzise ermitteln und damit die spektralen Empfindlichkeiten von THz-Empfängern erstmals absolut bestimmen. Derartige, absolut charakterisierte Empfänger werden in Zukunft z. B. sowohl an der Metrology Light Source der PTB zur Untersuchung der dort erzeugten THz-Strahlung als auch bei der Untersuchung der Auswirkung von THz-Strahlung auf den biologischen Zellzyklus eingesetzt werden.

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