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

• Erstellungsjahr: 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Terahertz (THz)-Strahlung ist ein Teil des elektromagnetischen Spektrums zwischen Mikrowellen und Infrarot mit Frequenzen zwischen 100 GHz und einigen THz. Diese Strahlung ist nicht ionisierend und hat mehrere weitere Vorteile, einschließlich der Fähigkeit, viele Materialien zu durchdringen, die für sichtbares Licht undurchsichtig sind, und ist geeignet zur Erkennung und Identifizierung von Chemikalien und Materialien wie Drogen und Sprengstoffen. Es wurden kohärente Bildgebungsverfahren im THz- Bereich entwickelt, die fortschrittliche Anwendungen wie quantitative Phasenkontrastbildgebung, digitale Holographie und ultraschnelle Spektroskopie ermöglichen. Gegenwärtige Techniken benötigen jedoch ein überlagertes Referenzwellenfeld oder einen optischen Referenzimpuls. Es werden daher neue Methoden benötigt, um unbekannte THz-Strahlung aus verschiedenen Quellen zu charakterisieren, die von Antennen bis hin zu stellaren Objekten reichen. Dieses Projekt schließt die Lücke im Stand der Technik zur Erforschung und Entwicklung von Methoden, die eine referenzlose Wellenfelderfassung im THz-Bereich ermöglichen. Der hier verfolgte Ansatz basiert auf dem Abtasten der gegenseitigen Kohärenzfunktion (d. h. der räumlichen Kohärenz) unter Verwendung eines Scherinterferometers. Diese Arbeit stellt die erste Aufzeichnung und Analyse a priori unbekannter THz-Strahlung auch bei partieller räumlicher Kohärenz vor. Zukünftige Anwendungen dieser Entwicklung reichen von der Charakterisierung von photonischen Komponenten, Antennen, selbstleuchtenden und entfernten Objekten bis hin zu Untersuchungen in der Quantenoptik. Darüber hinaus profitieren derzeit existierende Anwendungen in der kohärenten Bildgebung weitgehend von einer referenzlosen Technik. Das Vermeiden der Notwendigkeit, eine Referenzwelle zu führen und zu steuern, ermöglicht die Realisierung neuartiger, flexibler und kompakter kohärenter Bildgebungssensoren, die wie eine mobile Kamera verwendet werden können.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Quasioptical components for the THz-regime: Fabrication and characterization, in: DGaO Proceedings, 2021-P009-9 (2021)
  M. Agour, C. Falldorf, F. Taleb, E. Castro-Camus, M. Koch, R. B. Bergmann
  
• Characterization of terahertz wavefront aberrations using computational shear-interferometry. Optical Engineering, 61(11).
  Agour, Mostafa; Falldorf, Claas; Taleb, Fatima; Castro-Camus, Enrique; Koch, Martin & Bergmann, Ralf B.
  
• Chocolate inspection by means of phase-contrast imaging using multiple-plane terahertz phase retrieval. Optics Letters, 47(13), 3283.
  Agour, Mostafa; Falldorf, Claas; Taleb, Fatima; Koch, Martin; Bergmann, Ralf B. & Castro-Camus, Enrique
  
• Exploring the coherence function for optical metrology and beyond. Optics and Photonics for Advanced Dimensional Metrology II (2022, 5, 20), 11. American Geophysical Union (AGU).
  Falldorf, Claas
  
• Shear interferometry for terahertz wavefront sensing. Terahertz Photonics II (2022, 5, 31), 21. American Geophysical Union (AGU).
  Agour, Mostafa; Falldorf, Claas; Taleb, Fatima; Castro-Camus, Enrique; Koch, Martin & Bergmann, Ralf B.
  
• Terahertz referenceless wavefront sensing by means of computational shear-interferometry. Optics Express, 30(5), 7068.
  Agour, Mostafa; Fallorf, Claas; Taleb, Fatima; Castro-Camus, Enrique; Koch, Martin & Bergmann, Ralf. B.