Werkzeug Licht: Photonische Technologien für industrielle Anwendungen

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1 Werkzeug Licht: Photonische Technologien für industrielle Anwendungen René Beigang Fachbereich Physik TU Kaiserslautern Johannes L huillier Photonik-Zentrum Kaiserslautern Unsichtbares sichtbar machen mit Terahertz-Technologie Materialbearbeitung ohne Nebenwirkungen

2 Die THz-Lücke f / Hz übliche Elektronik f < 100 GHz THz- Lücke übliche Optik f > 10 THz

3 Terahertz-Spektralbereich Materialeigenschaften im THz-Frequenzbereich Viele Werkstoffe wie Kunststoffe, Papier, Keramik, Halbleiter und Textilien sind transparent. Erkennen von internen Strukturen und Fremdkörpern Inspektion von verpackten Produkten Kunststoff Kartonage Keramik Schokolade

4 Terahertz-Spektralbereich Materialeigenschaften im THz-Frequenzbereich Spektroskopische Identifizierung fast aller polarer Moleküle Identifikation von Wirkstoffen, Drogen, Chemikalien, Erkennen von Strukturänderungen wie Polymorphismus

5 Terahertz-Spektralbereich Materialeigenschaften im THz-Frequenzbereich Metalle und andere elektrische Leiter sind Reflektoren. Kein Blick ins Bauteilinnere Untersuchung der Oberfläche und Beschichtung Starke Absorption durch polare Flüssigkeiten wie Wasser. Geringe Eindringtiefe in wasserhaltige Objekten Quantitative Bestimmung des Wassergehaltes

6 Terahertz-Spektralbereich Materialeigenschaften im THz-Frequenzbereich Terahertz-Wellen sind gesundheitlich unbedenklich. Keine Veränderungen von organischen Substanzen Keine besonderen Strahlenschutzmaßnahmen notwendig Bessere räumliche Auflösung im Vergleich zur Millimeterwellen-Bildgebung, typisch < 1 mm

7 Komponenten eines THz Systems Fasergekoppeltes THz-System Photoconductive switch 5 mm Laser-Einheit Verzögerung Datenananlyse F. Ellrich et al., Rev. Sci. Instrum., Vol 82, pp (2011)

8 Entwicklung der THz-Technologie Ultrakurzpuls-Terahertz-Systeme: vom Laborsystem zur industriellen Anwendung

9 Anwendungsmöglichkeiten breitbandiger Terahertz-Strahlung Intensität 100 % T % Abbildende R % Verfahren, Imaging Zeitliche Struktur Tomografie Amplitude & Phase 0,51,01,52,02,53,03,54,0 Frequenz [THz] 0,51,01,52,02,53,03,54,0 Identifizierung

10 Terahertz-Durchblick? Wofür? Anwendungsfelder: spektroskopische und abbildende Verfahren Qualitätskontrolle Sicherheit Pharma Militär Luft- und Raumfahrt

11 85 mm P2P Amplitude THz-Imaging Unsichtbares sichtbar machen mm 0

12 10 mm THz-Imaging Unsichtbares sichtbar machen Rost unter Lackierung 30 mm

13 THz-Imaging Unsichtbares sichtbar machen Vollständigkeitskontrolle

14 U. Klotzbach, et al., in: Wiedemann, G.: Laseranwendung in Restaurierung und Denkmalpflege : Stuttgart: Fraunhofer IRB Verlag, pp , (2009) THz und Kunst Unsichtbares sichtbar machen Hidden paintings

15 Schichtdickenmesstechnik Mehrfachschichtsysteme, Inline-Messtechnik - Laufzeitmessungen mit Pulssystemen - Trocknungsprozesse - nicht-metallische Werkstoffe

16 Keramik auf einer Stahlplatte Schichtdickenmesstechnik 180 µm µm 151 µm

17 Transmission Charact. Absorption Intensity Absorption Coefficient [1/mm] Sicherheitsanwendungen: Identifizierung von Explosivstoffen 0,5 THz 2 THz alle Explosivstoffe haben charakteristiche Signaturen zwischen between 0.5 and 10 THz RDX TATP compb PETN HMX THz Spektrales Fenster für den Nachweis von Explosivstoffen 0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 Frequency [THz] S. Wohnsiedler et al. Proc. SPIE, Vol. 7215, p H (2009)

18 THz Post Scanner: T-Cognition 2.0 Automatische Drogenerkennung in Umschlägen und Briefen g Reflexion und Transmission Datenbank für Drogen Eingangspost in sicherheitskritischen Einrichtungen THz-Detector: RX1 (Transmission) Sample THz-Emitter: TX OAPM: Off-Axis- Parabolic Mirrors THz-Detector: RX2 (Reflexion)

19 Hyperspectral Imaging Informationen im Überfluss Briefbombenattrappe 20 mm

20 Hyperspectral imaging Informationen im Überfluss

21 Terahertz-Wellen Unsichtbares sichtbar machen - vielfältige Anwendungsgebiete - komplementäre Informationen - keine Sicherheitsaspekte und risiken - rasante technologische Entwicklung Die technologische THz-Lücke ist geschlossen, es gibt vielfältige realistische Anwendungen,. auch für Ihre Einsatzgebiete.

22 Danke an viele sichtbare Helfer Kaiserslauter n