Mo, 20. November 2017

Terahertz-Strahlen

19.04.2012 12:58

Forscher arbeiten am „Röntgenblick“ fürs Smartphone

Sie werden in Körperscannern zur Sicherheitskontrolle eingesetzt, können biologisches Gewebe durchleuchten und zur Werkstoffprüfung eingesetzt werden: Terahertz-Strahlen gelten als wahre Wunderwellen. Doch bisher scheitert der breite Einsatz außerhalb des Labors an einem Problem: Hohe Strahlungsintensitäten sind nur schwer zu erzeugen, man spricht daher auch von einer "Terahertz-Lücke". Forscher in Texas wollen nun einen Weg gefunden haben, die Wellen auch in Geräten wie Smartphones nutzbar zu machen. Der "Röntgenblick" zum Mitnehmen rückt damit näher.

Mikrowellen kennt jeder, Terahertz-Wellen hingegen kaum. Dabei gelten die höher frequenten Wellen als echte Tausendsassas: Sie können helfen, Sprengstoff oder Drogen aufzuspüren, ohne einen Koffer öffnen oder Kleidung durchsuchen zu müssen. Sie verraten, welche Substanzen durch Plastikrohre fließen, können nachgemachte von Original-Medikamenten unterscheiden und Sprünge, Blasen oder unerwünschte Einschlüsse in Keramik oder Kunststoff ans Licht bringen. Mediziner hoffen sogar, mit ihnen Hautkrebs aufspüren zu können, ohne eine Gewebeprobe entnehmen zu müssen.

Terahertz-Wellen liegen im Spektrum der elektromagnetischen Strahlung zwischen Infrarot und Mikrowellen. Sie durchdringen Holz, Keramik, Papier, Plastik oder Stoff und sind für Menschen ungefährlich. Was sie zum Universalwerkzeug macht: Sie verändern sich beim Durchqueren von Gasen, Feststoffen oder Flüssigkeiten. Jede Substanz hinterlässt dabei ihren spezifischen Fingerabdruck, ob Sprengstoff oder Wasser, Heroin oder Blut. Und die Wellen zeigen genau, wo eine Substanz an eine andere grenzt, sodass sie das Innere von Gegenständen abbilden können.

Als problematisch erweist sich allerdings, dass Terahertz-Wellen – der Name verrät es bereits – eine Billion (Tera) Mal pro Sekunde schwingen – und somit zu schnell für die von Radiosendern und Mikrowellenherden verwendete Antennentechnik und zu langsam für optische Strahlungsquellen wie Laser sind. Kompakte, kostengünstige und starke Sende- und Empfangseinheiten für Terahertz-Wellen lassen sich deshalb nur schwer herstellen.

Mit dem Smartphone durch Wände schauen
Dr. Kenneth O, Professor für Elektroingenieurwesen an der University of Texas in Dallas, und seinem Team soll nun jedoch ein entscheidender Durchbruch geglückt sein, der es in Zukunft ermöglichen könnte, Terahertz-Wellen kostengünstig und kompakt mit mobilen Geräten wie einem Smartphone zu nutzen. Das Geheimnis liegt den Forschern zufolge in CMOS-Halbleiterbauelementen, die schon heute etwa in digitalen Kameras und Smartphones als Bildsensor Verwendung finden.

Die Kombination von CMOS und Terahertz-Strahlen bedeute, dass man den Chip zusammen mit einem Empfänger an der Rückseite seines Smartphones befestigen und dieses somit in ein portables Gerät verwandeln könnte, das durch Objekte hindurchsieht, teilte Dr. O mit. Mehrere Linsen seien nicht mehr nötig, um die Wellen sichtbar zu machen, wodurch sich Größe und Kosten entsprechender Geräte reduzieren ließen.

"Unbegrenztes Potential"
Neben den oben beschriebenen Einsatzmöglichkeiten könnten die Terahertz-Frequenzen in Verbindung mit einem Smartphone auch zur Kommunikation genutzt werden, um über die Frequenzen schneller Informationen auszutauschen. "Der Terahertz-Bereich bietet unbegrenztes Potential, von dem wir alle profitieren können", so Dr. O. "Man könnte alles Mögliche damit machen, an vieles vermögen wir bislang noch nicht einmal zu denken."

"Röntgenblick" nur auf kurze Distanz
Basierend auf ihren Forschungen wollen die Wissenschaftler in einem nächsten Schritt nun einen voll funktionsfähigen Prototypen bauen. Etwaige Bedenken, dass man in Zukunft mit seinem Smartphone möglicherweise anderen Menschen durch die Kleidung schauen könnte, will man von vorneherein aus dem Weg räumen: Die Technik soll nur auf eine Entfernung von bis zu zehn Zentimetern funktionieren.

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