Neue Antennen zur Überwindung der „Terahertz-Lücke“

Terahertz-Strahlungsquelle, Terahertz-Antennen, Thz

Anordnung der Elektroden, Aufbau einer kompletten THz-Strahlungsquelle mit der zweiten Maske (grün) und Verteilungen des elektrischen Feldes für linear, radial und azimuthal polarisierte Felder. Die Punkte im Strahlprofil sind experimentelle Daten, die Linien stammen von einem theoretischen Modell.

Die Terahertz-Strahlung liegt auf dem elektromagnetischen Spektrum zwischen den langwelligen Radio- und Mikrowellen und dem unsichtbaren Infrarotbereich. Als Gegenstand der Forschung ist der Terahertz-Bereich sehr vielversprechend, mögliche Anwendungen sind aber noch begrenzt, da einfache, kompakte und kostengünstige Quellen zur Erzeugung der Strahlung bisher selten sind. Deshalb spricht man auch von der „Terahertz-Lücke“.

Wissenschaftler am Forschungszentrum Dresden-Rossendorf haben die am FZD entwickelte, intelligente Terahertz-Strahlungsquelle weiter ausgebaut. Sie haben die Geometrie der Elektroden erweitert, sodass Strahlungsfelder mit unterschiedlicher räumlicher Feldverteilung (Moden) erzeugt und detektiert werden können. Die neuen radialsymmetrischen Feldverteilungen sind vorteilhaft für Terahertz-Wellenleiter. Das Ziel dieses aktuellen Forschungsfeldes ist es, Terahertz-Strahlung räumlich zu führen, ähnlich wie sichtbares Licht in einer Glasfaser geführt wird.

Die Rossendorfer Terahertz-Antennen basieren darauf, dass superkurze Laserpulse in einem Halbleiter (Galliumarsenid) Elektronen erzeugen. Diese werden in dem elektrischen Feld zwischen zwei auf dem Halbleiter angebrachten Elektroden beschleunigt und senden so THz-Strahlung aus. Das Besondere daran: die Elektrodenstruktur – die Elektroden liegen nur Mikrometer auseinander – greift fingerartig ineinander; jeder zweite „Finger“ auf der Halbleiter-Scheibe ist mit einer zweiten Maske zugedeckt, um zu verhindern, dass Interferenzen die ausgesandte Strahlung wieder auslöschen. Die Rossendorfer Erfindung hat auch den Vorteil, dass man die aktive Fläche zwischen den Elektroden skalieren kann.

Im Forschungszentrum Dresden-Rossendorf wird die THz-Strahlung vor allem für die Untersuchung von Halbleiter-Materialien genutzt. Hierbei interessiert man sich besonders für die Dynamik der Elektronen, um damit die Grundlagen für komplexe Halbleiterstrukturen besser verstehen zu können und auf dieser Grundlage neue Bauelemente zu entwickeln.

Veröffentlichung:
S. Winnerl, B. Zimmermann, F. Peter, H. Schneider, M. Helm, "Terahertz Bessel-Gauss beams of radial and azimuthal polarization from microstructured photoconductive antennas", Opt. Express 17, 1571 (2009).

Ansprechpartner:
Dr. Stephan Winnerl
Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung
Tel.: 0351 260 - 3522