Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWMEine der etablierten Messtechniken im Terahertz-Spektralbereich ist die Terahertz-Zeitbereichsspektroskopie (engl. Time Domain Spectroscopy TDS). Sie beruht auf der Erzeugung breitbandiger elektromagnetischer Strahlung durch ultrakurze Femtosekunden (fs)-Laserpulse und auf dem Nachweis mit dem Pump-Probe-Prinzip. Die Vorteile dabei sind eine kohärente Detektion der Terahertz-Wellen und damit eine hochaufgelöste Amplituden- und Phasenaufnahme des elektrischen Terahertz-Feldes im Zeitbereich. Diese Messtechnik unterdrückt inkohärente Strahlung, d. h. es gibt keine Störung durch Raumtemperatur und Umgebungslicht.
Keramikreaktor
Unsichtbares sichtbar machen
Mithilfe der Terahertz-Zeitbereichsspektroskopie (engl. Time Domain Spectroscopy TDS) lassen sich Materialien wie Pulver, Feststoffe oder Flüssigkeiten berührungslos und zerstörungsfrei untersuchen.
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Terahertz-Zeitbereichsspektroskopie
Anwendungsschwerpunkte
Der wichtigste Anwendungsschwerpunkt sind Laufzeitmessungen, bei der die Laufzeit der reflektieren Signale analysiert wird. Auf diese Weise kann man Abstände und Schichtdicken sehr genau bestimmen. Dieser Ansatz liegt der industriell genutzte Lackdickenmessung zugrunde.
Die Terahertz-Zeitbereichsspektroskopie ist eine zuverlässige Methode zum berührungslosen und zerstörungsfreien Charakterisieren von Materialien, z. B. Pulvern, Feststoffen oder Flüssigkeiten und Gasen. Viele Moleküle zeigen in diesem Spektralbereich charakteristische Signaturen in ihren Absorptionsspektren – einen chemischen Fingerabdruck.
Gase weisen Rotationsspektren mit schmalen Absorptionslinien auf. Nur kristalline Festkörper zeigen aufgrund der Phononenschwingungen des Kristalls breite Absorptionsbanden. Deshalb müssen pulverförmig oder feste Substanzen zumindest einen kristallinen Anteil besitzen, um über diese Absorptionsbanden identifiziert werden zu können. Flüssigkeiten zeigen deshalb keine ausgeprägten Absorptionsbanden auf. Die Spektrenauswertung erfolgt zur zuverlässigen Substanzidentifikation unter realen Einsatzbedingungen mit chemometrischen Methoden. Der Postscannner basiert auf der Kombination von Terahertz-Spektroskopie und chemometrischer Auswertung zur Identifizierung von Drogen und Sprengstoff in Postsendungen.
Im Unterschied zur IR- und Raman-Spektroskopie – die empfindlich für intramolekulare Schwingungs- und Rotationsbewegungen sind – gibt die Terahertz-Spektroskopie Aufschluss zu den intermolekularen Bewegungen. So lassen sich neben dem bloßen Nachweis von Makromolekülen, Aussagen über Aggregatzustand, polymorphe Strukturen sowie die Kristallinität der Substanzen treffen.