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07.05.2012
Folge 321

Terahertzstrahlung für Kommunikation und Industrie

von Heinz Schmitz

Terahertzstrahlung ist der breiten Öffentlichkeit durch die umstrittenen Nacktscanner bekannt gemacht worden. Doch Terahertz kann weit mehr, als versteckte Waffen oder Sprengstoffe aufzuspüren. In vielen Industrien werden sie zur Qualitätssicherung eingesetzt.  Insbesondere bei der Montagekontrolle stoßen konventionelle Inspektionsverfahren schnell an ihre Grenzen. Dazu sind manche - wie etwa die Durchleuchtung mit Röntgenstrahlung nicht ungefährlich. Hier schlägt die Terahertz-Stunde.

Terahertzstrahlung (http://de.wikipedia.org/wiki/Terahertzstrahlung) liegen im Spektrum der elektromagnetischen Wellen unterhalb des sichtbaren Lichts und oberhalb der Mikrowellen. Der Frequenzbereich erstreckt sich von 300 GHz bis 3THz. In der Industrie setzt man aber vor allem auf eine Frequenz von 1.111 THz. Die Strahlung durchdringt zahlreiche Materialien wie Kunststoff und Kleidung. Wasser und Metall absorbiert die Wellen. Die Tatsache, dass Explosivstoffe aber auch Pharmazeutika charakteristische THz-Spektren haben; und die Tatsache, dass THz-Strahlung aufgrund ihrer geringen Energie nicht ionisierend ist haben sie für die berüchtigten Nacktscanner prädestiniert, vor allem da die Strahlen im Gegensatz zu Röntgenstahlen, für den Menschen ungefährlich sind.

Anwendungsgebiete liegen in der zerstörungsfreien Prüfung und in der industriellen Inspektion. Kunststoffe werden zum Beispiel gut mit THz-Wellen durchleuchtet und können so in der Qualitätskontrolle untersucht werden. Das wohl bekannteste Beispiel ist die Qualitätsüberprüfung der Kunststoffisolierung am Space Shuttle, die mit THz-Strahlung erfolgte. In der Biomedizin arbeiten Forscher an neuen Diagnoseverfahren zum Beispiel für Krebs.


Die Terahertzstrahlung liegt im elektromagnetischen Spektrum zwischen der Infrarot- und der Mikrowellenstrahlung (Quelle: Wikipedia /Spectre.svg / Urheber:Tatoute)

Ein anders weites Gebiet ist die Kommunikationstechnik. Die heutigen WLAN-Netze arbeiten im 2,4 GHz bzw. 5 GHz Bericht. Vor allem das 2,4 GHz Band ist, vor allem in dicht besiedelten Gebieten vollkommen überlastet. Die THz-Wellen eröffnen neue Möglichkeiten, da sie eine erheblich größere Übertragungsbandbreite und damit höhere Datentransferraten erlauben. Allerdings die hohe Absorption von THz-Wellen in der Atmosphäre beschränkt diese Anwendung auf die Kommunikation innerhalb von Gebäuden.

Das Terahertz Communication Lab (http://tcl.tu-bs.de) der TU Braunschweig und der PTB Braunschweig befasst sich mit den Anforderungen, die die Kommunikation auf Terahertz-Basis stellt. Ein Aspekt für zukünftige Media-Hotspots sind Reflektoren, die für eine gleichmäßige Verteilung der Wellen in Räumen sorgen sollen, um leicht vorkommende Abschattungen zu vermeiden. Dr. Martin Koch von der Phillips-Universität in Marburg und seine Kollegen entwickeln spezielle elastische Wellenplatten zur Ausbreitung der THz-Strahlung auch über größere Entfernungen bis zu etwa 100 Metern.

Forscher, wie Dr. Michael Feiginov von der TU-Darmstadt arbeitet daran, die Terahertzsender zu Miniaturisieren und die Herstellung durch bekannte und beherrschbare Fertigungsverfahren zu ermöglichen. Sein Terahertzsender basiert auf einer Resonanztunneldiode (RTD), nimmt eine Fläche ein, die kleiner als 1 mm² ist und wird mit einem Herstellungsprozess, der mehr oder weniger auf herkömmlichen Halbleitertechnologien aufsetzt, realisiert.

Wuppertaler Forscher haben unter Leitung von Prof. Dr. Ullrich Pfeiffer, Fachgebiet Hochfrequenzsysteme in der Kommunikationstechnik, sogar eine kompakte THz-Video-Kamera in CMOS-Technologie (Complementary Metal Oxide Semiconductor) realisiert. Die Kamera kann am USB-Port eines PCs betrieben. Mit der THz-Kamera können weltweit erstmals Videos mit 25 Bildern pro Sekunde und 1024 Pixel Auflösung bei Raumtemperatur aufgenommen werden.

Mehr über Terahertzstrahlung:
http://www.weltderphysik.de/gebiete/atome/forschung-mit-licht/elektromagnetisches-spektrum/terahertz-wellen/



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