Terahertz-Zeitbereichsspektroskopie

Eine der etablierten Messtechniken im Terahertz-Spektralbereich ist die Terahertz-Zeitbereichsspektroskopie (engl. Time Domain Spectroscopy TDS). Sie beruht auf der Erzeugung breitbandiger elektromagnetischer Strahlung durch ultrakurze Femtosekunden (fs)-Laserpulse und auf dem Nachweis mit dem Pump-Probe-Prinzip. Die Vorteile dabei sind eine kohärente Detektion der Terahertz-Wellen und damit eine hochaufgelöste Amplituden- und Phasenaufnahme des elektrischen Terahertz-Feldes im Zeitbereich. Diese Messtechnik unterdrückt inkohärente Strahlung, d. h. es gibt keine Störung durch Raumtemperatur und Umgebungslicht.

Anwendungsschwerpunkte

Der wichtigste Anwendungsschwerpunkt sind Laufzeitmessungen, bei der die Laufzeit der reflektieren Signale analysiert wird. Auf diese Weise kann man Abstände und Schichtdicken sehr genau bestimmen. Dieser Ansatz liegt der industriell genutzte Lackdickenmessung zugrunde.

Die Terahertz-Zeitbereichsspektroskopie ist eine zuverlässige Methode zum berührungslosen und zerstörungsfreien Charakterisieren von Materialien, z. B. Pulvern, Feststoffen oder Flüssigkeiten und Gasen. Viele Moleküle zeigen in diesem Spektralbereich charakteristische Signaturen in ihren Absorptionsspektren – einen chemischen Fingerabdruck.

Gase weisen Rotationsspektren mit schmalen Absorptionslinien auf. Nur kristalline Festkörper zeigen aufgrund der Phononenschwingungen des Kristalls breite Absorptionsbanden. Deshalb müssen pulverförmig oder feste Substanzen zumindest einen kristallinen Anteil besitzen, um über diese Absorptionsbanden identifiziert werden zu können. Flüssigkeiten zeigen deshalb keine ausgeprägten Absorptionsbanden auf. Die Spektrenauswertung erfolgt zur zuverlässigen Substanzidentifikation unter realen Einsatzbedingungen mit chemometrischen Methoden. Der Postscannner basiert auf der Kombination von Terahertz-Spektroskopie und chemometrischer Auswertung zur Identifizierung von Drogen und Sprengstoff in Postsendungen.

Im Unterschied zur IR- und Raman-Spektroskopie – die empfindlich für intramolekulare Schwingungs- und Rotationsbewegungen sind – gibt die Terahertz-Spektroskopie Aufschluss zu den intermolekularen Bewegungen. So lassen sich neben dem bloßen Nachweis von Makromolekülen, Aussagen über Aggregatzustand, polymorphe Strukturen sowie die Kristallinität der Substanzen treffen. 

Beispielprojekte

 

Flexible Rohrinspektion

Unser Messsystem ermöglicht die direkte Prüfung der Rohrwandstärke an vier frei wählbaren Positionen.

 

Postscanner

Der Einsatz von Terahertz-Briefscannern in der Postlogistikkette erlaubt es, gefährdete Personen rechtzeitig vor Brief- oder Paketbomben zu warnen, ohne die Postsendungen zu öffnen.

 

SLAPCOPS

Unser Lasersystem ermöglicht die Messung auch sehr dicker Schichten oder die Analyse von Mehrschichtsystemen.

 

SelfPaint

Im Projekt »SelfPaint« entwickeln wir gemeinsam mit den Fraunhofer-Instituten IPA und FCC eine selbstprogrammierende Lackierzelle für Stückzahl eins.