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Industriereife Terahertz-Technologie

Terahertz ist eine neue Technik, mit der sich Bauteile und Oberflächen zerstörungsfrei prüfen lassen. Bislang sind die Geräte und insbesondere die Messköpfe teuer und unhandlich. Fraunhofer-Forschern ist es gelungen, die Messköpfe deutlich kompakter und somit günstiger zu fertigen. Dies erleichtert ihre Handhabe erheblich. Erste Prototypen sind bereits in der Produktion von Kunststoffrohren im Einsatz. Zudem eignen sie sich sehr gut, um Beschichtungen von Faserverbundwerkstoffen zu untersuchen. Auf der Hannover Messe vom 25. bis zum 29. April 2016 werden die neuen Sensorköpfe vorgestellt (Halle 2, Stand C16/C22).

Die Sende- und Empfangseinheit für Terahertz-Strahlung haben Fraunhofer-Forscher in einem Sensorkopf verpackt, der einen Durchmesser von nur 25 und eine Länge von 35 Millimetern hat. Copyright: Fraunhofer-Gesellschaft

Es ist gut zehn Jahre her, da war die Terahertz-Strahlung schon einmal ein großes Thema. Von »Nacktscannern« war die Rede, mit denen man, so hieß es, am Flughafen künftig Passagiere durchleuchten würde. Zudem hoffte man, mithilfe der Terahertz-Strahlung Messsysteme für die Materialprüfung und Kontrolle von Bauteilen entwickeln zu können. Trotz großer Erwartungen gelang der Terahertz-Technologie der Durchbruch lange nicht. Im Vergleich zu klassischen Verfahren, die heute zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung eingesetzt werden, etwa Röntgen oder Ultraschall, galt die Terahertz-Technologie schlicht als zu teuer, unhandlich und insgesamt nicht praxisnah genug.

Messsystem mit neuartigem Sensorkopf
Die aktuellen Entwicklungen des Fraunhofer-Instituts für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut, HHI in Berlin könnten der Terahertz-Technologie jetzt einen entscheidenden Schub verleihen. Den Forschern um Thorsten Göbel – dem Leiter der Terahertz-Forschungsgruppe am HHI – ist es gelungen, Terahertz-Geräte zu entwickeln, die erstmals aus kostengünstigen Standardbauteilen gefertigt werden und noch dazu vergleichsweise handlich sind. Auf der Hannover Messe werden die Experten ein Terahertz-Messsystem mit neuartigem Sensorkopf zeigen, mit dem sich diverse Bauteile einfach und schnell untersuchen lassen – beispielsweise Kunststoffrohre. Das vom Fraunhofer HHI eingesetzte Prinzip zur Erzeugung von Terahertz-Strahlung basiert auf einem optoelektronischen Verfahren. Mithilfe eines speziellen Halbleiters werden dabei Laserlicht-Pulse in elektrische Terahertz-Pulse umgewandelt, die nur Billionstel Sekunden lang sind.

Dass der Terahertz-Technologie der große Erfolg bislang verwehrt blieb, liegt insbesondere an den benötigten Eigenschaften der verwendeten Halbleiter. Diese konnten zunächst nur mit Materialien erzielt werden, die eine Beleuchtung mit einer Wellenlänge um 800 Nanometer erforderten. Sowohl die Laser als auch die optischen Komponenten des Terahertz-Systems sind bei dieser eher exotischen Wellenlänge aber deutlich zu teuer und nicht robust genug für den industriellen Einsatz.

Verbreiteter Wellenlängenstandard
»Wir haben deshalb einen Halbleiter entwickelt, der sich mit Laserlicht von 1,5 Mikrometer Wellenlänge anregen lässt«, schildert Göbel. »In der optischen Nachrichtentechnik ist das der Wellenlängen-Standard, sodass es hier eine große Zahl kostengünstiger und qualitativ hochwertiger optischer Bauteile und Laser gibt.« Auf dem Weg zum erschwinglichen und handlichen Terahertz-System für die Materialprüfung musste aber noch eine Hürde überwunden werden. Der Sensorkopf, mit dem man die Bauteile abtastet, war bislang viel zu groß und schwer zu handhaben. Der Grund: Der Terahertz-Sender und der Empfänger waren zwei getrennte Komponenten, die mit viel Aufwand und Präzision in einem Gehäuse montiert werden mussten.

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Redaktion: Dipl.-Ing. Fahima Fischer
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