THz-Materialien: ein vollständiger Leitfaden
THz-Wellenlängen sind aufgrund ihrer nichtionisierenden Natur (sicherer als Röntgenstrahlen, die ionisierende Strahlungen sind) und der Fähigkeit, verschiedene Materialien zu durchdringen, für verschiedene wissenschaftliche, medizinische und industrielle Anwendungen besonders interessant.
Was ist THZ?
Unter Terahertz-Strahlung (THz) versteht man elektromagnetische Wellen mit Frequenzen im Bereich von 0,1 bis 10 THz (10^12 Hertz). Dieser Spektralbereich liegt zwischen dem Mikrowellen- und dem Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums und entspricht Wellenlängen von 3 mm bis 30 µm.
Materialien, die für THz-Strahlung transparent sind
Verschiedene Materialien weisen unterschiedliche Grade der Transparenz für THz-Strahlung auf. Nachfolgend finden Sie eine Tabelle mit einigen gängigen Materialien, die für THz-Wellen transparent sind, zusammen mit relevanten technischen Informationen wie Brechungsindex, Absorptionskoeffizient, Bandlücke, sichtbarer Transparenz und relativen Preisen.
| Material | Transparent im Sichtbaren | Brechungsindex(@ 1 Thz) | Absorptionskoeffizient (cm-1) | Bandabstand(eV) | Preisgestaltung (relativ) | Bemerkungen |
|---|---|---|---|---|---|---|
| TPX (polymethyl-pentene) | ja | 1.46 | weniger als0.05 | – | niedrig | Hochtransparent im THz-Bereich, sowohl optisch als auch mechanisch sehr gute Tieftemperaturleistungen |
| Teflon (PTFE) | nein | 1.43 | weniger als 0.05 | – | niedrig | Hervorragende THz-Transparenz und geringe Absorption |
| PE (polyethylene) | nein | 1.52 | weniger als 0.1 | – | sehr niedrig | gemeinsames kostengünstiges Fenster für THz-Systeme |
| COP (Cyclo-olefin polymer) | nein | 1.53 | weniger als 0.1 | – | niedrig | Gute optische Eigenschaften |
| Diamant | ja | 2.38 | weniger als 0.1 | 5.5 | sehr hoch | Außergewöhnliche thermische Eigenschaften und mechanische Beständigkeit |
| HR-Si (Hochohmiges Silizium) | nein | 3.42 | 0.1-10 | 1.1 | mäßig | leicht zu verarbeitendes, widerstandsfähiges Material |
| Saphir | ja | 3.1-3.2 | weniger als 0.2 | 9.9 | hoch | Hervorragende thermische und chemische Stabilität |
| ZnSe (Zinkselenid) | teilweise | 2.4 | weniger als 0.2 | 2.7 | mäßig | Eine Alternative zu HR-SI für THz-Linsen und -Fenster |
| GaP (Gallium-phosphid) | ja | 3.2 | weniger als 0.5 | 2.26 | hoch | Hoher Brechungsindex und geringe Absorption. |
| Quarzglas | ja | 2.1-2.4 | 0.1-0.5 | 8.9 | niedrig | Billiges inertes Material |
Anwendungen der THz-Optik
THz-Optiken werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt:
- Bildgebende Systeme: medizinische Bildgebung, Sicherheitsscannen und zerstörungsfreie Prüfung (Lebensmittel, Medikamente usw.)
- Spektroskopie: Identifizierung von Chemikalien
- Kommunikation: Hochgeschwindigkeits-Freiraumsysteme
Da natürliche THz-Strahlungen eher gering sind, umfassen THz-Systeme normalerweise eine Quelle, die THz-Strahlung aussendet, und eine Kamera oder einen Sensor, der zum Empfang des Signals verwendet wird.
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