Testmaterial mit THz-TDS

Einführung und Anwendung

Die Terahertz-Zeitdomäne-Spektraltechnologie (THz - TDS) ist eine Technik zur Charakterisierung von Materialien und zur Analyse ihrer Eigenschaften im Terahertz-Frequenzbereich. Dieser Frequenzbereich ist besonders wichtig, da viele industriell relevante Materialien durchsichtig sind und/oder offensichtliche spektrale Eigenschaften aufweisen, die sie erkennen können. Das Prinzip der Terahertz-Zeitdomäne-Spektrologietechnologie besteht darin, kurze Impulse von Terahertz-Strahlung zu senden und die Zeit zu messen, die der Impuls benötigt, um die Probe zu durchlaufen und zurückzukehren. Durch die Analyse der Eigenschaften des Rückpulses können wertvolle Informationen über die Zusammensetzung, Struktur und dynamische Veränderungen der Probe erhalten werden.

In der Automobilindustrie wird die Terahertz-Zeitdomäne-Spektraltechnologie zur berührungslosen Messung der Automobilfarbdicke verwendet. Diese Messungen sind von entscheidender Bedeutung, um die Qualitätskontrolle zu gewährleisten und potenzielle Probleme wie Ungleichmäßigkeit, Ungleichmäßigkeit und Schichtung zu erkennen. Ebenso kann die Terahertz-Zeitdomäne-Spektraltechnik verwendet werden, um funktionelle Beschichtungen auf Flugzeugen wie Korrosionsschutzbeschichtungen oder Wärmebarrierebeschichtungen zu prüfen. Es ist aber auch in anderen Bereichen nützlich: Es kann verwendet werden, um die optischen und elektronischen Eigenschaften verschiedener Materialien zu untersuchen, einschließlich Halbleiter, Polymere, Keramiken und Verbundstoffe. Es hilft bei der Bestimmung der Brechungsfähigkeit, der Leitfähigkeit und anderer wichtiger Parameter dieser Materialien.

Die wichtigsten Herausforderungen

Eine der wichtigsten Herausforderungen bei der Realisierung eines leistungsstarken THz-Zeitbereichsspektrumsystems (THz-TDS) ist das optische Latenz-Scannen. Traditionell werden mechanische Verzögerungsstative verwendet, aber sie erfordern oft einen Kompromiss zwischen Scangeschwindigkeit und Scanbereich. Die schnelle Bewegung dieser Werkstände über große Entfernungen ist eine große Herausforderung.

Terahertz-Zeitbereichsspektrumanwendungen beinhalten häufig die Erkennung dicker optischer Systeme, bei denen es eine größere optische Verzögerung zwischen reflektiertem Licht gibt. In anderen Fällen ist eine ausreichende spektrale Auflösung erforderlich, um die gewünschten spektralen Merkmale zu unterscheiden. Eine schnelle optische Verzögerung spielt eine entscheidende Rolle, um beide Anforderungen zu erfüllen.

Mit dem schnellen optischen Verzögerungsscan kann das Terahertz-Zeitdomänenspektrumsystem für schnelle Punkt-Scan-Anwendungen und Anlagen eingesetzt werden, in denen große Flächen in kurzer Zeit erkannt werden müssen. In diesen Szenarien ist es oft schwierig, bei mechanischen optischen Verzögerungsscans hohe Durchflussleistungen zu erzielen.

Unsere Vorteile

Einkammer-Doppelkamm-Laser bieten eine auffällige Lösung für schnelle und präzise optische Verzögerungsscans, die die Einschränkungen der mechanischen Verzögerungsstufe beseitigt. Durch den Einsatz des K2-Lasers können die Leistung und Vielseitigkeit des THz-TDS-Systems erheblich verbessert werden.

Abbildung der optischen Verzögerungsabtastparameter im THz-TDS-System, das von einem einkammigen Doppelkammlaser angetrieben wird. Ein optischer Verzögerungsscan mit einer Länge von 1/Frep wird pro 1/Δfrep wiederholt und wird durch die Disharmonie Δfrep der Frep der beiden Kamm-Wiederholfrequenz gegeben.

Die übliche Geräuschunterdrückung bei Einzelkammlasern gewährleistet eine Präzision von über 10 Femtosekunden auf der Zeitlinie. Diese präzise Steuerung der Impulsverzögerung ermöglicht die genaue Bestimmung von hochauflösenden Spektren und Materialeigenschaften. Die Gigahertz-Wiederholungsraten des K2-Lasers ermöglichen optische Verzögerungsscans in der Größe von Nanosekunden. Dies passt perfekt zu Anwendungen mit langen Latenz-Scan-Anforderungen. Es verhindert jedoch die Verschwendung von Messzeiten in Gebieten ohne Signal, wie dies typisch bei Dual-Laser-Systemen mit niedriger Wiederholungsrate passiert.

Darüber hinaus tragen die kurzen Impulseigenschaften (<100fs) eines Einkammer-Doppelkammlasers zur breiten Spektralabdeckung von THz-TDS bei. Der vom K2-Laser erzeugte Frequenzkam kann mit Hilfe einer hocheffizienten optischen Leitantenne (PCA) in einen THz-Breitbandimpuls umgewandelt werden, der detaillierte spektrale Informationen innerhalb einer Breitbandbreite liefert. Diese synthetische Charakterisierungsfähigkeit bei THz-Frequenzen ermöglicht es, spezifische molekulare und strukturelle Eigenschaften eines Materials zu erkennen.

Vorteile von K2 Photonics für die Materialerkennung

• Schnelle Scangeschwindigkeit

Der K2-1000 Laser kann verwendet werden, um einen erheblichen optischen Verzögerungsbereich von 1 ns bei Geschwindigkeiten über 10 kHz zu scannen.

• Hohe Genauigkeit

Die Einkammerstruktur und die gemeinsame Rauschindämmung sorgen für eine Phytosekundengenauigkeit auf der Zeitlinie während des gesamten optischen Verzögerungsscans.

• Kleine Größe

Keine mechanische Verzögerungsleitung ist erforderlich, was die Implementierung einer leistungsstarken THz-TDS-Einstellung erheblich vereinfacht.

• Hohe Empfindlichkeit

Einkammer-Doppelkamm-Laser bieten optische Verzögerungsscans in einem langen Verzögerungsbereich und eignen sich ideal für hochauflösende Messungen oder die Prüfung dicker und komplexer Proben.