Logo PTB
Symbolbild "Zeitschriften"

Radiometrie mit Terahertz-Lasern

Mit dem Kryoradiometer der PTB wurde erstmals die Strahlungsleistung eines Quantenkaskadenlasers im THz-Bereich absolut bestimmt. Das ist ein wichtiger Schritt hin zum sicheren und effizienten Einsatz von Terahertzwellen. Denn nur wenn ihre Leistung genau bekannt ist, werden vielversprechende Anwendungen möglich: in der Werkstoffprüfung, Sicherheitstechnik, Biomedizin und Kommunikationstechnik.

Der Molekülgaslaser, das Herzstück des neuen THz-Messplatzes der PTB. Auf dem Monitor ist das Strahlprofil des Lasers bei 1,9 THz dargestellt, wenn es mit einer pyroelektrischen Terahertzkamera im Fokus einer Linse gemessen wird.

Für die Nutzung von Terahertz-Technologien ist eine Weiterentwicklung der Radiometrie im Terahertz-Spektralgebiet notwendig, da dieser Bereich bisher von den Methoden der elektrischen und optischen Leistungsmessung elektromagnetischer Strahlung nur ungenügend abgedeckt wird. Erste Schritte in diese Richtung macht die PTB gemeinsam mit der Abteilung Terahertz- und Ferninfrarotsensorik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR). Im Rahmen der Kooperation konnte kürzlich die Strahlungsleistung eines Quantenkaskadenlasers des DLR bei 2,5 THz mit einem Kryoradiometer-Primärnormal der PTB zum ersten Mal rückgeführt auf das SI-Einheitensystem gemessen werden. Die somit genau ermittelte, zeitlich stabile Strahlungsleistung des Quantenkaskadenlasers ermöglichte dann die Bestimmung der spektralen Empfindlichkeit eines Terahertzdetektors und des dazugehörenden Messunsicherheitsbudgets.

Die Analyse der Messbedingungen zur Ermittlung der Messunsicherheit zeigte, dass die in der optischen Radiometrie etablierte lasergestützte Methode zur Detektorkalibrierung auch bei den um mehr als zwei Größenordung größeren Wellenlängen von Terahertzlasern zu sehr geringen Unsicherheiten von wenigen Prozent führt.

Zur Charakterisierung und Kalibrierung von Detektoren mit Laserstrahlung im Terahertz-Spektralgebiet für Hersteller und kommerzielle Anwender baut die PTB gegenwärtig einen neuen Messplatz auf. Herzstück ist ein mit einem frequenzstabilisierten CO2-Laser gepumpter Molekülgaslaser, der im Bereich von etwa 1 THz bis 7 THz einstellbare Linienstrahlung von Rotationsübergängen der verwendeten Moleküle erzeugt. Der Frequenzbereich des Terahertzlasers ist viermal größer als der Frequenzbereich des kompletten sichtbaren Spektrums. Die PTB geht mit diesem leistungsstarken Terahertzlaser quasi einen ersten großen Wellenlängenschritt zur Schließung der messtechnischen Lücke zwischen der Hochfrequenz-Elektronik und der Optik bei langen Infrarotwellenlängen.

Ansprechpartner:

Telefon: +49-531-592-0