Bildgebung: MIT-Forscher entwickeln praktische Terahertz-Kamera
Eine Kamera für den Terahertz-Bereich: Ein Team des Massachusetts Institute of Technology (MIT), der University of Minnesota und von Samsung hat einen Detektor entwickelt, der Strahlung im Terahertz-Bereich erfasst und der durch manche Materialien hindurch schauen kann.
Terahertz-Strahlung hat Wellenlängen zwischen Mikrowellen und sichtbarem Licht und kann viele nichtmetallische Materialien durchdringen. Dadurch eignet sie sich beispielsweise für Scanner an Flughäfen, für die Qualitätskontrolle in der Industrie oder für astrophysikalische Beobachtungen. Bisher sind die dafür nötigen Detektoren jedoch groß, langsam, unter normalen Bedingungen schwierig zu betreiben oder teuer.
Das soll sich mit dem neuen Detektor ändern. Den kann man nach Angaben der Entwickler bei normaler Raumtemperatur und normalem Druck betreiben. Zudem sei er schnell und präzise. Das Team um Jiaojian Shi und Keith Nelson beschreibt die Entwicklung in der Fachzeitschrift Nature Nanotechnology(öffnet im neuen Fenster) .
Der Detektor nutzt Quantenpunkte
Das System arbeitet mit Quantenpunkten. Das sind Partikel, die sichtbares Licht aussenden, wenn sie von Terahertz-Wellen angeregt werden. Das sichtbare Licht wird dann von einem Detektor erfasst, der einer herkömmlichen Digitalkamera ähnelt.
Das Gerät kann zudem Informationen über die Ausrichtung der Wellen in Echtzeit erfassen, was bisherige Geräte nicht können. Diese Informationen können zur Charakterisierung von Materialien mit asymmetrischen Molekülen oder zur Bestimmung der Oberflächentopografie von Materialien genutzt werden.
Das System besteht aus mehreren Schichten, die mit Verfahren hergestellt werden, die auch für Mikrochips verwendet werden. Auf einem Substrat werden Linien aus Gold im Nanomaßstab angeordnet, die durch schmale Schlitze voneinander getrennt sind. Darüber liegt eine Schicht mit den Quantenpunkten und darüber ein CMOS-Chip, der ein Bild erzeugt.
Die Polarisation kann erfasst werden
Daneben hat das Team noch einen weiteren Detektor gebaut: ein Polarimeter, das den Polarisationszustand der Terahertz-Wellen erfasst. Dieses Gerät ist ähnlich aufgebaut. Unterschied ist, dass die Schlitze ringförmig angeordnet sind. Die Polarisation kann bisher kein Detektor erfassen.
In Tests hat sich gezeigt, dass der Detektor Terahertz-Pulse mit weitaus geringerer Intensität erfassen kann als bisherige existierende Detektoren. Daneben sei er kleiner und günstiger in der Herstellung, weil die Schichten mit konventionellen Verfahren hergestellt werden könnten, teilten die Entwickler mit(öffnet im neuen Fenster) .
Bis der Detektor marktreif ist, wird es noch dauern. Der Prototyp ist aber bereits am MIT im Einsatz, um Terahertz-Strahlung zu erfassen: Man hält ihn einfach in einen Strahl und erkennt, wann der Terahertz-Strahl eingeschaltet ist.