Die Terahertz (THz)-Technologie hat sich in den letzten Jahren zu einem innovativen und schnell wachsenden Forschungsfeld entwickelt. Vor allem im Bereich Lebensmittelkontrolle und Sicherheitstechnik werden ihre Potenziale zunehmend deutlich. Bei den genannten Einsatzfeldern stehen hauptsächlich bildgebende Terahertzverfahren im Mittelpunkt des Interesses. 

Der medizintechnische Bereich hat sich, aus Sicht neuerer Forschungsansätze, allerdings als wenig geeignetes Anwendungsfeld erwiesen. Einen Massenmarkt mit Zukunft sehen Forscher der Technischen Universität (TU) Braunschweig wiederum im Bereich der In-door-Kommunikation.

Terahertz-Systeme gewinnen in der Diskussion um zerstörungsfreie Prüfverfahren zunehmend an Bedeutung. Dies hat einen guten Grund. Denn diese Wellen, die entweder als sehr hochfrequente Mikrowellen oder als sehr langwelliges Licht angesehen werden können, zeichnen sich etwa gegenüber Röntgenstrahlen dadurch aus, dass sie andere Kontraste sichtbar machen können und zudem unschädlich sind.

Die Technologien, die den einzelnen Anwendungen zugrunde liegen, sind sehr unterschiedlich. Am weitesten verbreitet sind jedoch bildgebende Verfahren oder optoelektronische Systeme. Hier wird die THz-Strahlung mit kurzen Laserpulsen von fotoleitenden Dipolantennen erzeugt. Kostengünstigere Systeme mit etwas eingeschränkter Leistungsfähigkeit lassen sich mittels Diodenlasern realisieren. Dabei steht dann im Gegensatz zu einem breiten Spektrum eine feste Frequenz im Mittelpunkt der Betrachtung. Im Falle, dass höhere Frequenzen oder bessere Ortsauflösungen erforderlich sind, empfiehlt sich der Einsatz eines THz-Gaslasers oder eines Quantenkaskadenlasers.

Für  bildgebende Verfahren wird in THz-Systemen Ferninfrarotstrahlung mit Frequenzen zwischen 0,1 und 10 THz verwendet. Dabei wird die Strahlung mit Hilfe von quasioptischen Elementen auf die Probe fokussiert. Ein THz-Bild entsteht in den meisten Fällen, indem die Probe in x- und y-Richtung senkrecht zum Strahl abgerastert und für jeden Punkt das transmittierte oder reflektierte Signal ausgewertet wird. Die zweidimensionale Darstellung aller Punkte zusammen ergibt dann das THz-Bild.

Was mögliche Anwendungsfelder dieser Technologie anbelangt, so könnten THz-Kameras auf Grundlage der Mikrowellentechnik neue Standards im Bereich von Sicherheitssystemen schaffen. Mit dieser Technik könnten neben Sprengstoff auch metallische oder keramische Waffen unter Kleidung und in nicht-metallischen Behältern ohne für den Menschen schädliche Nebenwirkungen entdeckt werden. Denn THz-Wellen haben die Eigenschaft, dass sie Textilien gut durchdringen und dabei zugleich von stark wasserhaltigen Objekten, wie dem menschlichen Körper, effizient reflektiert werden. Derzeit arbeiten einige Unternehmen intensiv daran, solche Kameras zu entwickeln. Aber auch staatliche Stellen, wie das Berliner Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), sind auf diesem Sektor tätig.

In weiteres Einsatzfeld der THz-Technologie wäre die Lebensmittelindustrie. Das Potenzial im Bereich einer zerstörungsfreien Prozess- und Qualitätskontrolle wird momentan unter anderem am Institut für Hochfrequenztechnik der TU Braunschweig erforscht. In diesem Zusammenhang haben sich die Forscher auch mit der Fremdkörperdetektion in Lebensmitteln befasst. Während metallische Verunreinigungen heutzutage problemlos mit Metalldetektoren nachgwiesen werden können, versagt die etablierte Technologie bei nicht-metallischen Kontaminationen. So lässt sich beispielsweise eine Verunreinigung von Schokolade anhand eines spezifischen Brechungsindexes des Materials im THz-Bereich feststellen.

Was den Einsatz der Terahertz-Technologie im Bereich medizinischer Diagnostik anbelangt, sind die Forscher der TU Braunschweig eher skeptisch. Ein früher unterschätztes Problem ergibt sich hier durch einen zu hohen Wasseranteil, den organische Proben in diesem Bereich zumeist aufweisen. Dadurch wird eine Eindringtiefe in die Proben stark limitiert.

Das zukünftige Potenzial der THz-Wellen liegt, aus Sicht der Braunschweiger Wissenschaftler, im Bereich der In-door-Kommunikation. Neben den bildgebenden Verfahren besitzen THz-Wellen nämlich auch als Trägerwellen für die drahtlose Vernetzung von mobilen Bürogeräten ein enormes technisches Potenzial. Bis zur Markteinführung der Technologie in diesem Sektor werden jedoch noch einige Jahre vergehen.
Mit einem Femtosekundenlaser erzeugen Wissenschaftler des Instituts für Hochfrequenztechnik der TU Braunschweig Terahertz-Wellen 
Foto: Technische Universität Braunschweig