Untersuchung von großflächigen THz-Emittern und Analyse von mehrschichtigen Systemen mittels THz-Strahlung

Die vorliegende Diplomarbeit lässt sich dem Gebiet der Terahertz-Physik (THz-Physik) zuordnen, also dem Gebiet der Physik, das sich mit der Erzeugung und Detektion von Ferninfrarotstrahlung beschäftigt. THz-Strahlung stellt dabei die Verbindung zwischen den elektromagnetischen Mikrowellen und den Wellen des infraroten Frequenzbereiches dar. Damit umfasst der THz-Bereich Frequenzen von etwa 100 GHz bis zu 100 THz. Die Forschung, die sich mit diesem Frequenzbereich beschäftigt, ist mittlerweile stark differenziert. Dabei geht es auf der einen Seite um die Entwicklung neuer bzw. die Weiterentwicklung und Optimierung bestehender THz-Erzeugungs- und Detektionsverfahren, auf der anderen Seite geht es um die Frage nach den möglichen Anwendungsgebieten für die entwickelten THz-Techniken. Entwickelt werden sowohl gepulste wie auch Dauerstrich-THz-Systeme, die auf einer Vielzahl verschiedener physikalischer Emissionsprozesse basieren. Die Anwendungsseite der THz-Forschung umfasst Gebiete wie die Spektroskopie, d.h. die Materialcharakterisierung und -untersuchung, aber auch komplexe biomedizinische Untersuchungsverfahren, wie z.B. die Krebsdiagnostik in der Onkologie. In der Bandbreite der weltweiten THz-Aktivitäten befindet sich diese Arbeit sowohl im Bereich der Entwicklung von THz-Techniken als auch in dem eher anwendungsbezogenen Bereich: Zunächst werden im zweiten Kapitel die verwendeten THz-Techniken und Messaufbauten vorgestellt, ebenso wie deren Funktionsweisen und speziellen Eigenschaften. Das dritte Kapitel beschäftigt sich mit der experimentellen Untersuchung von großflächigen THz-Emittern in gepulsten Lasersystemen. Diese weisen gegenüber den häufig verwendeten punktförmigen THz-Emittern einige grundlegende Unterschiede auf. Diese Unterschiede sollen zunächst durch die in das Kapitel einführenden theoretischen Grundlagen herausgearbeitet und danach anhand eines elektrooptischen Emitters und eines elektrisch vorgespannten Halbleiteremitters überprüft werden. In den folgenden Kapiteln wendet sich der Fokus dann mehr der Anwendung von THz-Strahlung zu. Dazu finden im vierten Kapitel Überlegungen und Experimente zu der Charakterisierung von, zunächst anorganischen, mehrschichtigen Systemen auf der Basis von Halbleiterstrukturen statt, die mit einem Ausblick auf eine biomedizinische Anwendung der THz-Strahlung, bei der Untersuchung von Zähnen, abgeschlossen werden. Im fünften Kapitel soll ein Silizium-Paraffin-Gemisch auf seine Stoffigenschaften untersucht werden. Für dieses Gemisch lassen sich die Stoffeigenschaften im THz-Bereich mittels des Mischungsverhältnisses der beiden Ausgangsmaterialien anpassen. Mögliche Anwendungen für ein solches Material sind indexangepasste Füllungen von Zwischenräumen, um störende Reflexionen an den jeweiligen Grenzflächen zu vermeiden; so wie die Konstruktion von Antireflexionsschichten für THz-Optiken. Beide Anwendungen werden in Form von Experimenten vorgestellt. Abschließend werden alle Ergebnisse in einem Fazit zusammengefasst, und es erfolgt ein Ausblick auf weitere Untersuchungen