Heterodyn-Spektroskopie Team: Labore & Techniken
Terahertz/Millimeter-Wellen Spektroskopie
Viele Gase besitzen einen einzigartigen Fingerabdruck in Terahertz/Millimeter-Wellen Frequenzbereich durch die Rotationsübergänge in den Molekülen. Deshalb ist Spektroskopie in diesem Spektralbereich ein mächtiges Werkzeug für analytische Gassensorik. Wir zielen darauf ab hochspezifische, selektive und sensitive Gassensoren für unterschiedliche Anwendungen zu entwickeln. Eine derzeit besonders interessante Anwendung ist die Atemgasanalyse. Atemgase enthalten Tausende flüchtige organische Komponenten, die indikativ für metabolische Prozesse und Krankheiten sein können.
References:
N. Rothbart, O. Holz, R. Koczulla, K. Schmalz, and H.-W. Hübers, "Analysis of Human Breath by Millimeter-Wave/Terahertz Spectroscopy.", Sensors 19,2719 (2019).
N. Rothbart, K. Schmalz, and H.-W. Hubers, "A Compact Circular Multipass Cell for Millimeter-Wave/Terahertz Gas Spectroscopy.", IEEE Trans. THz Sci. Technol. 10, 9 (2020).
Hochauflösende Terahertz Laser Absorptionsspektroskopie
Terahertz Quantenkaskadenlaser (QCL) sind leistungsstarke und extrem schmalbandige Strahlungsquellen für den Frequenzbereich zwischen 2.5 – 5.5 THz. Der technologische Fortschritt hat es ermöglicht hochauflösende QCL Spektrometer in vormals unerreichbaren Spektralbereichen zu entwickeln. Terahertz QCLs ermöglicht empfindliche und selektive Spurengassensorik und darüber hinaus Doppler-freie Laserabsorptions-Spektroskopie. Des Weiteren erforschen wir eine Reihe von physikalischen Lasereffekten wie z.B. die Laser-Selbstdetektion mittels optischer Rückkopplung. Die Forschung der Gruppe findet in enger Kooperation mit dem Paul-Drude-Institut in Berlin, welches ein führendes Institut für die Entwicklung von Terahertz QCL´s ist. Andere Aktivitäten sind z.B. die Entwicklung von innovativen Terahertz Gaslasern welche QCL´s als Pumpquellen verwenden.
Referenzen:
T. Hagelschuer, M. Wienold, H. Richter, L. Schrottke, L. Biermann, H.T. Grahn, and H.-W. Hübers, "Terahertz gas spectroscopy through self-mixing in a quantum-cascade laser.", Appl. Phys. Lett. 109, 191101 (2016).
M. Wienold, T. Alam, L. Schrottke, H. T. Grahn, and H.-W. Hübers, "Doppler-free spectroscopy with a terahertz quantum-cascade laser.", Opt. Express 26, 6692 (2018).
T. Alam, M. Wienold, X. Lü, K. Biermann, L. Schrottke, H. T. Grahn, and H.-W. Hübers, "Wideband, high-resolution terahertz spectroscopy by light-induced frequency tuning of quantum-cascade lasers.", Opt. Express 27, 5420 (2019).
Terahertz Sensorik für die Raumfahrt und luftgestützte Plattformen
Durch die starke Absorption von atmosphärischem Wasserdampf muß Terahertz Astronomie von luftgestützten Plattformen oder sogar von Plattformen außerhalb der Erdatmosphäre betrieben werden. Wir erforschen und entwickeln Heterodyn-Empfänger Technologie für laufende und zukünftige Missionen mit einem Fokus auf den Frequenzbereich zwischen 3 und 5 THz. In diesen Systemen fungieren Quantenkaskadenlaser (QCL) als lokaler Oszillator, Detektoren sind entweder sogenannte Hot-Electron Bolometer oder Schottky-Dioden Mischer. Letztere sind von hoher Relevanz für Instrumentierung für kleine Satelliten mit limitierten Kühlmöglichkeiten. Eine wichtige Entwicklung der Gruppe war der QCL-basierte lokale Oszillator für das GREAT Instrument im SOFIA Observatorium.
Referenzen:
H. Richter et al., "4.7-THz local oscillator for the GREAT heterodyne spectrometer on SOFIA.", IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol. 5, 539 (2015).