Laserchip fängt Strahlen ein

Wissenschaftler der Uni Kassel erforschen Terahertzstrahlung

Umleitung für Lichtstrahlen: Am Beispiel des Kasseler Laserstrahls (links über dem Schloss Wilhelmshöhe zu erkennen) erläutern die Wissenschaftler ihre Forschungsarbeit. Foto: Schachtschneider

Kassel. Lange sind Terahertzstrahlen wissenschaftlich vernachlässigt worden. Forscher konnten die Wellen, die im elektromagnetischen Spektrum zwischen Infrarot- und Mikrowellenstrahlen liegen, bis vor Kurzem weder erzeugen noch anwenden.

Zwei Kasseler Nanostrukturwissenschaftlern ist es nun gelungen, Terahertzstrahlen nicht nur in sehr kompakter Form zu erzeugen, sie können die Strahlen jetzt erstmals auch miniaturisiert lenken. Profitieren könnte vor allem die Medizin- und Kommunikationstechnik.

Im Krankenhaus werden Patienten oft Strahlungen ausgesetzt. Wer ein gebrochenes Handgelenk hat, wird geröntgt, werdende Mütter untersucht der Arzt mit Ultraschall. Beide Strahlungen haben Vor- und Nachteile. Röntgenstrahlen sind gefährlich, die Aufnahmen bieten jedoch eine hohe Auflösung. Ultraschall hingegen ist relativ harmlos, liefert allerdings keine guten Bilder.

Hartmut Hillmer

„Terahertzstrahlung ist eine Kompromisslösung“, sagt Professor Hartmut Hillmer, „sie ist ungefährlicher als Röntgenstrahlung und liefert eine höhere Auflösung als Ultraschall.“ Der 55-Jährige leitet das Fachgebiet Technische Elektronik am Institut für Nanostrukturtechnologie und Analytik der Uni Kassel (INA). Gemeinsam mit Professor Johann Peter Reithmaier (53), der am INA den Fachbereich Technische Physik verantwortet, hat er jetzt im Rahmen eines europäischen Verbundprojekts zwei möglicherweise bahnbrechende Entdeckungen gemacht.

Reithmaier ist es gelungen, winzige Halbleiter-Laserchips herzustellen, mit deren Licht Terahertzstrahlung erzeugt werden kann. Er nutzt die Infrarotstrahlung zweier nebeneinander liegender Laser auf dem Chip, die zum Beispiel mit 199 und 200 Terahertz strahlen.

„Wir fangen beide Strahlen mit einem ebenfalls nur wenige Millimeter großen Sensorchip auf, und strahlen die Differenzfrequenz, ein Terahertz, über eine auf dem Chip integrierte Metallantenne ab“, erklärt Reithmaier das Prinzip. Übertragen auf die Medizin, könnten Ärzte so künftig mit wesentlich kompakteren Abbildungsgeräten beispielsweise Tumore von gesundem Gewebe unterscheiden.

Johann Peter Reithmaier

In Kooperation mit den Unis Tokio und Marburg konnte Professor Hillmer Terahertzstrahlen mit winzigen beweglichen Metallgittern erstmals auch in gewünschte Richtungen lenken. „Man stelle sich vor, der Laserscape zwischen Zwehrenturm und Herkules wird am Bahnhof Wilhelmshöhe mit einer winzigen Klaviertastatur umgelenkt“, veranschaulicht Hillmer seine Forschungsarbeit. „Wir können somit in Städten oder Innenräumen eine lichtstrahlartige Punkt-zu-Punkt-Verbindung gezielt steuern, zum Beispiel WLAN, ohne dass die ganze Umgebung mit Strahlung belastet wird“, sagt Hillmer.

Bis beide Forschungserkenntnisse marktreif in die Praxis umgesetzt werden können, werden allerdings nach Einschätzung der Wissenschaftler noch etwa fünf bis zehn Jahre vergehen.

Von Sebastian Schaffner

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