Terahertz-Tomographie zur zerstörungsfreien Prüfung

Bei einem Terahertz-Messsystem erfolgt die Durchstrahlung der Prüflinge mit THz-Pulsen. Das System erlaubt die simultane Aufnahme der THz-Transmission/-Reflexion und von THz-Spektren und damit eine tomografische 3D-Rekonstruktion des Objektes. Typische Anwendungen: 3D-Rekonstruktion von Bauteilen, Qualitätsprüfung von Kunststoffbauteilen/Leichtmaterialien, Detektion von Materialinhomogenitäten, Porösitäten und Dichteschwankungen, Schichtdickenmessung und Delaminationen, Prüfung von Klebungen, Prüfung vergrabener metallischer Strukturen/Leiterbahnen, Feuchtigkeitsmessung.

THz-Strahlung (3 mm - 30 µm, 1011 - 1013 Hz) ist energiearm und daher nicht gesundheitsschädlich. Sie durchdringt die meisten Kunststoffe sowie Papier, Kleidung und Halbleiter. Hingegen wird sie von Wasser absorbiert und von Metallen reflektiert. Zudem existieren viele Rotationsübergänge von interessanten Molekülen, so z. B. von organischen Substanzen, Medikamenten, illegalen Drogen und Sprengstoffen, die man mit THz-Strahlung identifizieren und detektieren kann.

Die Möglichkeiten der Laufzeitmessungen von ultrakurzen THz-Pulsen in Kombination mit breitbandiger Spektroskopie ermöglichen zahlreiche Anwendungen in den Gebieten der zerstörungsfreien Prüfung, der Sicherheitstechnik und der Tomographie:

Schichtuntersuchung in Transmission/Reflektion: Bestimmung von Dicke, Homogenität und Delaminationen von Schichten und Schichtsystemen
Untersuchung von geschlossenen Kunststoff-Behältern: Inhaltskontrolle, Füllstandsmessung
berührungslose Zählung von Papier
Untersuchung der Homogenität von Polystyrol-Bauteilen (z. B. Vorlagen zum Metallguss)
flächige Spektroskopie: Untersuchung von geschlossenen Briefen und Paketen auf Waffen, Drogen und Sprengstoffe
Tomographie: 3D-Rekonstruktion von Bauteilen

Für die Bildgebung mit THz-Pulsen wurden bisher typischerweise Detektoren mit nur einem Detektionskanal verwendet. Durch die Kombination von Mikrooptik und Optoelektronik konnte am Fraunhofer IOF erstmals ein schneller Zeilenempfänger für die THz-Bildgebung realisiert werden, der die Messgeschwindigkeit um mehr als eine Größenordnung steigert. Auch konnte durch den Einsatz von Mikrooptik ein hocheffizienter THz-Emitter entwickelt werden.

Quelle: idw / Fraunhofer Vision