Terahertz-Strahlen mit höchster Präzision über 3D-Druck formen

World of Terahertz Technology, P. U. Jepsen (Kann 2019).

Anonim

Terahertz-Strahlung kann für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden und wird heute ebenso für Sicherheitskontrollen am Flughafen eingesetzt wie für die Materialanalyse im Labor. Die Wellenlänge dieser Strahlung liegt im Millimeterbereich, dh sie ist deutlich größer als die Wellenlänge des sichtbaren Lichts. Es erfordert auch spezielle Techniken, um die Strahlen zu manipulieren und in die richtige Form zu bringen. An der TU Wien ist die Formung von Terahertz-Trägern nun ein voller Erfolg: Mit Hilfe eines exakt berechneten Kunststoffschirms, der auf dem 3D-Drucker produziert wird, können Terahertz-Träger beliebig geformt werden.

Wie Linsen - nur besser

"Normaler Kunststoff ist transparent für Terahertz-Strahlen, ähnlich wie Glas für sichtbares Licht", erklärt Prof. Andrei Pimenov vom Institut für Festkörperphysik der TU Wien. "Terahertz-Wellen werden jedoch etwas langsamer, wenn sie durch Kunststoff gehen. Das bedeutet, dass die Kämme und Tröge des Strahls ein wenig verschoben werden - wir nennen das Phasenverschiebung."

Diese Phasenverschiebung kann verwendet werden, um einen Strahl zu formen. Genau dasselbe passiert - in einer viel einfacheren Form - mit einer optischen Linse aus Glas: Wenn die Linse in der Mitte dicker ist als an der Kante, verbringt ein Lichtstrahl in der Mitte mehr Zeit im Glas als ein anderer Strahl gleichzeitig trifft den Rand der Linse. Die Lichtstrahlen in der Mitte sind daher mehr phasenverzögert als die Lichtstrahlen an der Kante. Dies ist genau das, was dazu führt, dass sich die Form des Strahls ändert; ein breiterer Lichtstrahl kann auf einen einzelnen Punkt fokussiert werden.

Und doch sind die Möglichkeiten noch lange nicht ausgeschöpft. "Wir wollten nicht nur einen breiten Strahl auf einen Punkt abbilden. Unser Ziel war es, jeden Strahl in eine beliebige Form bringen zu können", sagt Jan Gosporadič, Ph.D. Student in Andrei Pimenovs Team.

Der Bildschirm vom 3-D-Drucker

Dies wird erreicht, indem ein präzise angepasster Kunststoffschirm in den Träger eingesetzt wird. Der Bildschirm hat einen Durchmesser von nur wenigen Zentimetern, seine Dicke variiert von 0 bis 4 mm. Die Dicke des Bildschirms muss schrittweise angepasst werden, so dass die verschiedenen Bereiche des Strahls kontrolliert abgelenkt werden, so dass am Ende das gewünschte Bild entsteht. Um das gewünschte Bildschirmdesign zu erhalten, wurde eine spezielle Berechnungsmethode entwickelt. Daraus können wir den passenden Bildschirm von einem gewöhnlichen 3-D-Drucker erzeugen.

"Der Prozess ist erstaunlich einfach", sagt Andrei Pimenov. "Sie brauchen nicht einmal einen 3D-Drucker mit besonders hoher Auflösung. Wenn die Präzision der Struktur deutlich besser ist als die Wellenlänge der verwendeten Strahlung, dann reicht das - für Terahertz-Strahlung mit 2mm Wellenlänge kein Problem. "

Um die Möglichkeiten der Technik zu verdeutlichen, hat das Team verschiedene Bildschirme produziert, darunter einen, der einen breiten Lichtstrahl in die Form des TU Wien-Logos bringt. "Das zeigt, dass der Technologie kaum geometrische Grenzen gesetzt sind", sagt Andrei Pimenov. "Unsere Methode lässt sich relativ einfach anwenden, was uns zu der Annahme verleitet, dass die Technologie in vielen Bereichen schnell eingeführt und durch die Terahertz-Technologie, die derzeit entsteht, präziser und vielseitiger wird."

menu
menu