Terahertz-Nahfeldmikroskopie mit Sommerfeld-Drähten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die maximal erreichbare Auflösung von Bildgebungssystemen auf Basis von konventionellen optischen Komponenten entspricht stets ungefähr der Wellenlänge. Im THz-Frequenzbereich ist durch die dort auftretenden relativ großen Wellenlängen im Millimeter und Sub-Millimeterbereich das optische Auflösungsvermögen entsprechend gering. Es existiert jedoch eine Vielzahl von Anwendungsaufgaben, insbesondere im Bereich der Bio- oder Halbleitertechnologie, bei denen die Erfassung der THz-Materialeigenschaften von einzelnen Mikro- und Nanostrukturen von großem Interesse sind. Um die Beugungsbegrenzung zu überwinden, müssen sog. Nahfeldansätze eingesetzt werden, d.h. das elektrische THz-Feld muss in unmittelbarer Nähe der abzubildenden Struktur erfasst werden. Ziel dieses Projekts war die grundlegende Entwicklung und Charakterisierung eines neuartigen Verfahrens zur zeitaufgelösten THz-Nahfeldmikroskopie. Hauptbestandteil dieses Verfahrens ist eine THz-Nahfeldmessspitze basierend auf einer freistehenden beidseitig verjüngten Drahtstruktur (dem sogenannten Sommerfeld- Wellenleiter) zur direkten Signalübertragung und Fokussierung. Es konnte gezeigt werden, dass die erreichbare Ortsauflösung dieses Verfahrens primär durch den Radius der Nahfeldmessspitze begrenzt ist. Im Gegensatz zu einem bestehenden Ansatz, der eine Streulichterzeugung durch seitliche Beleuchtung am Ende einer metallischen Spitze zur Nahfeldsignalerzeugung nutzt, wurde in diesem Projekt erstmals eine THz-Signalführung entlang der Metallspitze genutzt und so eine über 25-fache Kontrasterhöhung erreicht. Ein überraschendes Ergebnis war die ursprünglich nicht geplante Entwicklung eines weiteren kompakten und leicht handhabbaren Messspitzenkonzepts basierend auf einem mikrostrukturierten, photoleitenden und biegsamen Auslegerarm, der sowohl die benötigte Wellenleiterstrukturen als auch Photoschalter zur THz- Signalerzeugung und –Abtastung beinhaltet. Die in diesem Projekt maximal erreichte THz-Ortsauflösung liegt bei 1 µm.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Characterization of wire-pair negative index material at terahertz frequencies, IRMMW-THz 2007, Cardiff, England
M. Awad, M. Nagel, H. Kurz
- Advanced terahertz electric near-field measurements at sub-wavelength diameter metallic apertures. Opt. Express 16, 10, 7407-7417 (2008)
A. J. L. Adam, J. M. Brok, M. A. Seo,K. J. Ahn, D. S. Kim, J. H. Kang, Q. H. Park, M. Nagel, P. C. M. Planken
- Negative-index metamaterial with polymer embedded wire-pair structures at terahertz frequencies, Optics Letters, 33, 2683 (2008)
M. Awad, M. Nagel, H. Kurz
- Terahertz Near-Field Measurements of Small Metal Structures. IRMMW-THz 2008, 227-229, Pasadena, USA
A.J.L. Adam, J. R. Knab, M. Nagel
- Free-standing tapered probe-tip for high resolution photoconductive terahertz field sampling IRMMW-THz 2009, Busan, S. Korea
M. Wächter, M. Nagel, H Kurz
- Tapered photoconductive terahertz field probe tip with subwavelength spatial resolution. Appl. Phys. Lett. 95, 041112 (2009)
M. Wächter, M. Nagel, H. Kurz
- Tapered Sommerfeld wire terahertz near-field imaging, Applied Physics Letters, 94, 051107 (2009)
M. Awad, M. Nagel, H. Kurz
- Terahertz near-field imaging with tapered Sommerfeld-wire waveguides, IRMMW-THz 2009, Busan, S. Korea
M. Awad, M. Nagel, H. Kurz
- Terahertz Near-Field Vectorial Imaging of Subwavelength Apertures and Aperture Arrays. Opt. Express 17, 17, 15072 (2009)
J. R. Knab, A. J. L. Adam, M. Nagel, E. Shaner, M. A. Seo, D. S. Kim and P. C. M. Planken
- „Photoleitende Messspitze, Messaufbau und Verwendung der photoleitenden Messspitze und/oder des Messaufbaus“. DE 102009000823.3 (2009)
M. Nagel, M. Wächter
