Risikominimierung gegenüber ionisierender Strahlung „Terahertz“: die Röntgenstrahlung der Zukunft

In den letzten Jahren hat sich der Terahertz-Frequenzbereich (THz) einer zunehmenden Aufmerksamkeit in der wissenschaftlichen Welt, aber auch in der technischen Praxis erfreut. Was man mit diesen hohen Frequenzen alles machen kann, zeigt folgender Beitrag.

Risikominimierung gegenüber ionisierender Strahlung

In den letzten Jahren hat sich der Terahertz-Frequenzbereich (THz) einer zunehmenden Aufmerksamkeit in der wissenschaftlichen Welt, aber auch in der technischen Praxis erfreut. Was man mit diesen hohen Frequenzen alles machen kann, zeigt folgender Beitrag.

Im Prinzip reichen die Applikationen im THz-Berich von der medizinischen Diagnostik über Sicherheitsanwendungen bis hin zur Kontrolle industrieller Prozesse. Bei diesen Einsatzfeldern stehen vor allem bildgebende Systeme und Verfahren im Mittelpunkt. Darüber hinaus verspricht die Indoor-Kommunikation mit „THz-Wellen“, ab dem Jahr 2015 ein Massenmarkt zu werden.

Die Technologien, die den einzelnen Anwendungen zugrunde liegen, sind sehr unterschiedlich. Bei den bildgebenden Verfahren kommen sowohl mikrowellenbasierte THz-Kameras zum Einsatz als auch breitbandige Systeme, die mit kurzen THz-Pulsen arbeiten, die optoelektronisch erzeugt und detektiert werden. Daneben gibt es sehr empfindliche Detektionsverfahren, die beispielsweise in der Astronomie eingesetzt werden. Sie basieren auf so genannten „hot electron“-Bolometern oder SIS-Mischern (Superconductor-Insulator-Superconductor), die allerdings auf Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt abgekühlt werden müssen, was einer Massenanwendung entgegensteht. Aussichtsreichster Kandidat für eine effiziente THz-Quelle scheint der so genannte Quantenkaskaden-Laser (QCL) zu sein, ein Intraband-Halbleiterlaser mit einer komplizierten Schichtstruktur.

Physikalisches zum THz-Frequenzbereich

Terahertz-Wellen können entweder als sehr hochfrequente Mikrowellen oder als sehr langwelliges Licht angesehen werden. Ihr Frequenzfenster reicht von 100 GHz bis 10 THz (Bild 1). Da die THz-Strahlung, die manchmal auch dem fernen Infrarot zugerechnet wird, lange nicht oder nur sehr eingeschränkt nutzbar war, sprach man auch von der „THz-Lücke“ im elektromagnetischen Spektrum. Diese Bandlücke befindet sich zwischen dem Frequenzbereich, der klassisch von der Mikrowellentechnik erschlossen wurde, und dem Infrarot-Frequenzbereich. Hauptproblem im THz-Frequenzbereich ist die Herstellung von Sendern und Empfängern. Kompakte und kostengünstige Sender mit ausreichender Ausgangsleistung stehen heute noch nicht so zur Verfügung, wie sie für niedrigere Frequenzen im Mikrowellenbereich oder höhere Frequenzen im Infrarotbereich vorhanden sind. Auch die Empfängertechnik bedarf weiterer Entwicklung, um mit empfindlicheren Empfängern noch schwächere Signale detektieren zu können.