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Clusterreport Optik & Photonik

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Clusterreport Optik und Photonik | Optische Analytik 88 Das Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik (IHP) konzentriert sich auf die Erforschung und Entwicklung von Technologien, Schaltkreisen und Systemen für mm-Wellen und THz-Anwendungen. Hierfür werden unter anderem komplexe SiGe-BiCMOS-Technologien entwickelt, die mit speziellen Silizium-Germanium-Heterojunction-Bipolartransistoren (HBTs) und Frequenzen von 0,5 bis 0,7 THz arbeiten. Zusammen mit den vom IHP entwickelten Elektro-Photonischen Technologien können so Höchstfrequenzschaltungen für die drahtlose sowie elektrische und elektrooptische Breitbandkommunikation realisiert werden. www.ihp-microelectronics.com THz-Lasersystem für das Stratosphärenobservatorium für Infrarot-Astronomie © DLR Das Paul-Drude-Institut (PDI) für Festkörperelektronik, Leibniz-Institut im Forschungsverbund Berlin e. V. entwickelt Quantenkaskadenlaser (QCLs) für den THz-Bereich (2 bis 5,7 THz) basierend auf den Materialsystemen GaAs/(Al,Ga)As und GaAs/AlAs. Diese QCLs sind schmalbandige Strahlungsquellen und werden unter anderem für spektroskopische Anwendungen und bildgebende Verfahren, die am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Berlin entwickelt werden, eingesetzt. Am PDI werden die Laserstrukturen entworfen und mittels Molekularstrahlepitaxie hergestellt. Anschließend werden die QCL-Strukturen in Laserstreifen prozessiert und die Betriebsparameter mittels Fourier-Transform-Spektroskopie bestimmt. www.pdi-berlin.de THz-Spektrometer für den mobilen Einsatz Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), Institut für Optische Sensorsysteme, in Berlin entwickelt THz-Spektrometer auf der Basis von QCLs und elektronischen THz-Emittern und -Empfängern. Diese Spektrometer sind vielfältig einsetzbar: für die hochauflösende Molekülspektroskopie und den hochempfindlichen Nachweis von Spurengasen. Ein herausragendes Beispiel ist das THz QCL-Lasersystem, das vom DLR für SOFIA, das Stratosphärenobservatorium für Infrarot-Astronomie, entwickelt wurde. Es basiert auf einem QCL des PDI. Diese einzigartige Technologie ermöglicht einen neuen Blick in das Universum und erschließt neue Anwendungen jenseits der Astronomie. Für Anwendungen in der THz-Bildgebung, für die abbildende Spektroskopie und für Anwendungen in Sicherheit und Materialprüfung werden am DLR-Bildgebungsverfahren basierend auf einer Single-Pixel-Kamera und Compressed-Sensing-Methoden entwickelt. Darüber hinaus erforscht das DLR supraleitende THz-Detektoren. Hier stehen hochempfindliche nanostrukturierte Bolometer im Mittelpunkt. Die Technologie kommt auch bei der Detektion ultrakurzer (ps) THz-Pulse zur Anwendung. www.dlr.de/os Das Forschungsgebiet des Fraunhofer-Instituts für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut, HHI umfasst schnelle optoelektronische THz-Emitter und -Detektoren. Der Einsatz ausgereifter Technologien und Komponenten aus der Indium-Phosphid-basierten Telekommunikation ermöglicht die Herstellung robuster und leistungsfähiger THz-Systeme, die den Frequenzbereich von 0.1 bis 6 THz abdecken. Diese glasfaserbasierten Systeme haben sich in den letzten Jahren zum weltweiten Standard für optoelektronische THz-Systeme entwickelt, da viele Strahlquellen und Komponenten in hoher Qualität verfügbar sind. Die am Fraunhofer HHI entwickelten THz-Sender und -Empfänger werden dabei sowohl in der THz-Spektroskopie als auch zunehmend im Bereich der zerstörungsfreien Prüfung und Prozesskontrolle eingesetzt. Ein Beispiel ist die berührungslose Messung der Wanddicke von Kunststoffrohren während des Herstellungsprozesses mit einer Genauigkeit unterhalb von 10 µm. Auf Basis dieser Technologie hat das HHI 2016 erstmals einen integrierten, fasergekoppelten THz-Transceiver vorgestellt, der THz-Sender und THz-Empfänger auf einem einzigen Indium-Phosphid-Chip kombiniert. Diese Konfiguration ermöglicht THz-Reflexionsmessungen unter senkrechtem Strahleinfall, sodass sehr kompakte, robuste und leistungsfähige THz-Messköpfe hergestellt

89 Clusterreport Optik und Photonik | Optische Analytik THz-Modul für den mobilen Einsatz vom Fraunhofer HHI © Fraunhofer HHI werden können. Dies ist eine der wichtigsten Voraussetzungen für die Erschließung weiterer Anwendungsfelder für die THz-Technologie. Abtasten eines dielektrischen Objektes bewertet werden kann. Für die zerstörungsfreie Prüfung dreidimensionaler dielektrischer Bauteile wurde die THz-TDS-SAFT-Tomographie entwickelt, mit der die inneren Aufbauten von Bauteilen nach dem Abtasten mit THz-Strahlung rekonstruiert werden können. Schwerpunkt dabei ist der visuelle Nachweis von Materialfehlern, wie zum Beispiel Poren oder Rissen in 2Dund 3D-Bildern. Die BAM fokussiert ihre Tätigkeit vor allem auf die Materialprüfung. THz-TDS soll für den Einsatz in der Industrie, in der zerstörungsfreien Prüfung von Polymeren, Keramiken und Hochleistungsmaterialien soweit ertüchtigt werden, dass sie eine Alternative zu den bereits bestehenden Prüfsystemen bietet. www.hhi.fraunhofer.de Pyroelektrische THz-Detektoren, die ohne Kühlung auskommen, wurden in einer Kooperation zwischen der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Berlin und dem Unternehmen SLT Sensor- und Lasertechnik GmbH mit Sitz in Wildau entwickelt. Für diese Innovation hat das Entwicklerteam 2017 den Sonderpreis „Junges Unternehmen“ des AMA Verbands für Sensorik und Messtechnik e. V. erhalten. Als Alleinstellungsmerkmal weisen diese Detektoren eine gleichbleibende spektrale Empfindlichkeit im ganzen THz-Spektralgebiet auf und werden mit individuellem Kalibrierzertifikat der PTB von SLT weltweit erfolgreich vertrieben. Mit diesen Detektoren kann erstmals die THz-Leistung der am Fraunhofer HHI entwickelten THz-Emitter gemessen werden. www.pyrosensor.de Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) in Berlin beschäftigt sich mit potenziellen Einsatzmöglichkeiten von kommerziell verfügbaren zeitaufgelösten THz-Spektrometern (THz-TDS) für die spektroskopische Untersuchung von Dielektrika. Ihre anfänglichen THz-Aktivitäten auf dem Gebiet der spektralen Materialcharakterisierung von Flüssigkeiten, Brand und Gefahrstoffen wurde mit Fragestellungen zur kontakt- und zerstörungsfreien Materialprüfung für den Nachweis innenliegender Fehlstellen und Strukturaufbauten von planaren und sphärischen Objekten ergänzt. Für die Charakterisierung von Multischichten in planaren dielektrischen Kompositsystemen unter Verwendung der THz-TDS wurde ein THz-Time-of-Flight-Optical- Layer-Modell entwickelt, mit dessen Hilfe der Schichtenaufbau hinsichtlich der Materialdicke und Fehlstellen nach dem www.bam.de/Navigation/DE/Ueber-die-BAM/ Organisation/Organigramm/Praesident/Abteilung-8/ fachbereich-83/fachbereich83.html Kalibrierung und Standards Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) in Berlin ist die weltweit einzige Stelle, an der die spektrale Empfindlichkeit von THz-Empfängern rückgeführt auf das SI bestimmt werden kann. Über diese Kalibrierdienstleistung mit einem THz-Molekülgaslaser werden im Frequenzbereich von 700 GHz bis 5 THz nicht nur die führenden Hersteller von THz-Detektoren, sondern vor allem Kunden in Forschung und Entwicklung von THz-Systemen und deren Anwender in der ganzen Welt bedient. Zusätzlich erlaubt ein weiterer Messplatz mit einem fasergekoppelten THz-TDS- System neuester Technologie des Fraunhofer HHI, optische Materialeigenschaften (Transmission, Reflexion und Absorption) im THz-Spektralbereich genau zu bestimmen. Die pyroelektrischen THz-Detektoren von SLT sind die Basis für ein erstes kalibriertes THz-Referenzmaterial, damit Anwen- Pyroelektrische Messköpfe für THz-Strahlung © SLT Sensor- und Lasertechnik GmbH

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