Terahertz homodyne self-mixing and its application to tomographic imaging

Since the first mention of the “Terahertz-gap” by H. Rubens and E. F. Nicholes more than 100 years ago, this frequency region between 0.1 and 10THz is still of considerable interest. This region stands out by unique properties like spectral fingerprints of many molecules, transparency of plastics and paper and its non-ionizing nature, which enable a broad spectrum of applications. Due to the efforts in this field of research, nowadays a plurality of methods for the generation and detection of terahertz radiation is available. In combination with well-established optical systems like the fs-pulse laser or single frequency lasers, a photoconductive antenna (PCA) allows the generation and phase sensitive detection of spectrally broad terahertz pulses or single frequency continuous wave terahertz radiation, respectively. Conventionally, one PCA is used for the generation and another PCA is necessary for the detection of the terahertz radiation. In this publication a new concept combining the generation and phase sensitive detection of terahertz radiation in a single PCA is introduced. With this concept a compact terahertz tomographic system is realized and experimental results are discussced on the basis of theoretical investigations.

Auch mehr als 100 Jahre nach der ersten Erwähnung der sogenannten "Terahertz-Lücke" durch H. Rubens und E. F. Nicholes, herrscht ein großes Interesse in der Forschung für den Frequenzbereich zwischen 0.1 und 10THz. Dieser Spektralbereich zeichnet sich durch seine einzigartigen Eigenschaften, wie den spektralen Fingerabdrücken vieler Moleküle, der Transparenz von Materialen wie Kunststoff und Papier und dem nicht ionisierenden Charakter aus und ermöglicht somit eine Vielzahl von potenziellen Anwendungen. Durch fortwährende Erfolge in der Forschung wurde die „Terahertz-Lücke“ immer weiter geschlossen, sodass heute eine Vielzahl von Techniken zur Erzeugung und Detektion der Terahertzstrahlung bereitstehen. Hierfür vielversprechende Bauteile stellen sogenannte photoleitende Antennen (PCA) dar. In Kombination mit etablierten optischen Systemen wie fs-Pulslasern bzw. Einmodenlasern sind sie in der Lage, kurze Terahertzpulse bzw. kontinuierliche Terahertzstrahlung zu erzeugen. Herkömmlicherweise wird jeweils eine PCA für die Erzeugung und eine zur Detektion der Terahertzstrahlung benötigt. In dieser Arbeit werden die experimentellen Ergebnisse eines neuartigen Konzepts zur gleichzeitigen Erzeugung und phasensensitiven Detektion durch eine einzige PCA vorgestellt. Im Anschluss wird dieses Konzept dazu verwendet Experimente zur 2D Terahertz-Tomographie durchzuführen, deren Ergebnisse gezeigt werden und Anhand von durchgeführten Simulationen diskutiert werden.