Bildgebendes THz-System zur industriellen Materialanalyse

Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines speziellen bildgebenden THz-Systems zur Materialuntersuchung. Das in Reflexion arbeitende System verwendet gepulste THz-Strahlung und bietet die Möglichkeit, zusätzlich zu konventionellen Querschnittsbildern auch transversale Bilder parallel zur Probenoberfläche aufzunehmen, sowie die Polarisationseigenschaften der THz-Strahlung auszunutzen. Die entsprechenden Konzepte wurden für transversale und polarisations-sensitive (PS) optische Kohärenztomographie (OCT) entwickelt und sollen erstmalig für die THz- Technologie untersucht und adaptiert werden. Für transversales Scannen soll ein Galvano-Scanner zum Einsatz kommen. Vorteil ist die erhöhte Geschwindigkeit der Bildakquisition, da kein mechanisches Verschieben der Probe, wie es bei den meisten THz-Systemen verwendet wird, notwendig ist. Weiters wird pro Bildpunkt anstatt der gesamten THz-Wellenform nur ein einzelner Messwert in einer definierten Probentiefe aufgenommen, wodurch der Tiefenscan einer Delay-Line entfällt. Durch Verwertung der Polarisationseigenschaften der THz-Strahlung soll tiefenaufgelöste Information über Doppelbrechung erhalten werden, was Aussagen über interne Spannungen bzw. Anisotropien in den untersuchten Proben ermöglicht. Da die Auswirkungen von Doppelbrechung auf die THz-Bildgebung ein bisher noch kaum erforschtes Gebiet ist, sollen verschiedene Konzepte für PS-THz Imaging untersucht, adaptiert und evaluiert werden. Das entwickelte THz-System soll insbesondere für industrielle Problemstellungen angewandt und getestet werden, wie z.B. für die Analyse von Kunststoffen, Polymeren und Kompositen. Als zukünftiges Einsatzgebiet wird die berührungslose und zerstörungsfreie Qualitätskontrolle anvisiert, die von der großen Eindringtiefe der THz- Strahlung profitierten würde. In Hinblick auf diese Anwendungen wird die Eignung des transversalen PS-THz- Systems zur Defekt-Erkennung, sowie dessen Potential zur Untersuchung von Spannungen untersucht. Dabei werden die Eigenschaften (Eindringtiefe, Streueigenschaften, Doppelbrechung) verschiedener relevanter Stoffe im THz-Bereich analysiert. Ein weiterer Punkt ist der Vergleich von THz-Bildgebung mit OCT. Diese Methoden sind eng miteinander verwandt und haben ähnlich Anwendungen. OCT arbeitet jedoch, mit Eindringtiefen von nur wenigen Millimetern und einer Tiefenauflösung im Mikrometer-Bereich, auf einem völlig anderen Maßstab. Durch Messungen an identen Proben werden die Stärken und Schwächen der jeweiligen Methode insbesondere für industrielle Problemstellungen aufgezeigt. In Hinblick auf zukünftige industrielle Anwendungen soll das THz- System für Testmessungen, z.B. an Helikopter Rotorblättern oder Epoxid-Hochspannungsisolatoren, für interessierte Firmen zur Verfügung stehen. Das Projekt wird von der Abteilung Berührungslose Sensorik der Upper Austrian Research GmbH (UAR), Linz, durchgeführt, wobei im Rahmen des D-A-CH Abkommens eine Zusammenarbeit mit der Terahertz Systemtechnik Gruppe (TSG) von Prof. Koch am Institut für Hochfrequenztechnik (Technische Universität Braunschweig, Deutschland) besteht. Der experimentelle Aufbau sowie die THz-Untersuchungen werden in den Labors der UAR durchgeführt. Aufgabe der TSG ist es, verbesserte THz-Emitter und neuartige PS-Detektorstrukturen auf einem Chip entwickeln.