Erfassung und Analyse von THz-Strahlung auf Basis der räumlichen Kohärenzfunktion (SensATion)

• Antragsteller: Professor Dr. Ralf Bernhard Bergmann; Professor Dr. Martin Koch
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 423266368

Terahertz (THz) - Strahlung liegt im Spektrum der elektro-magnetischen Wellen zwischen Mikrowellen und Infrarotstrahlung im Frequenzbereich von 100 GHz bis zu mehreren THz und bietet signifikante Vorteile gegenüber anderen Spektralbereichen. Sie ist nicht ionisierend und kann dennoch Materialen durchdringen, die für sichtbares Licht opak sind. Zusätzlich liegt das Frequenzband im Bereich molekularer vibrations-, rotations- und Übergangsspektren, weshalb sich THz-Strahlung hervorragend eignet, um Materialen und Chemikalien, wie z.B. Medikamente und Sprengstoffe zu detektieren und zu identifizieren. In den letzten Jahren wurden verschiedene Verfahren der kohärent-optischen Bildgebung entwickelt bzw. auf den THz-Bereich angepasst. Hierdurch kann die Wellennatur der Strahlung genutzt werden, was anspruchsvolle Anwendungen wie z.B. quantitative Phasenkontrast-Verfahren, digitale Holografie und ultraschnelle Spektroskopie ermöglicht.Derzeit basieren jedoch sämtliche kohärenten Bildgebungsverfahren im THz-Bereich entweder auf einer Überlagerung mit einer Referenzwelle oder einem Referenzpuls zur Ansteuerung einer elektronischen Torschaltung. Die Notwendigkeit einer Referenz stellt jedoch eine wesentliche Lücke im Stand der Technik dar. Hierdurch lassen sich derzeit keine Wellenfelder erfassen, deren Struktur a priori unbekannt ist und/oder die die Anwendung einer Referenz nicht zulassen. Als Beispiele seien die Strahlung von Antennen und nicht-linearen photonischen Komponenten unbekannter Struktur oder potentiell selbstleuchtender bzw. weit entfernter Objekte genannt. Auch nicht-klassische Anwendungen aus dem Bereich der Quantenoptik fallen hierunter.Das Ziel des Projektes ist es, diese Lücke im Stand der Technik zu schließen und Methoden zu erforschen bzw. zu entwickeln, die eine referenzfreie Messung von Wellenfeldern im THz-Bereich gestatten. Der Ansatz soll auf der Abtastung der räumlichen Kohärenzfunktion mit Hilfe eines Scher-Interferometers basieren. Im Erfolgsfall würde dies erstmals die Aufzeichnung von a priori unbekannter THz-Strahlung gestatten, selbst wenn diese nur teilkohärent ist. Hieraus ließen sich neuartige Anwendungen zur Charakterisierung von Strahlquellen, nicht-linearen photonische Komponenten, selbstleuchtenden und weit entfernten Objekten (z.B. stellare Objekte) und im Bereich der Quantenoptik generieren. Zusätzlich könnten bereits existierende Anwendungen im Bereich der kohärenten Bildgebung deutlich von den Projektergebnissen profitieren, denn der Verzicht auf eine Referenz ermöglicht deutlich kompaktere und flexiblere kohärente Bildsensoren, die eine ähnliche Handhabung ermöglichen wie gewöhnliche Kameras.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen