Terahertz-Tomographie zur zerstörungsfreien Prüfung

29.02.2008

Die Terahertz-Strahlung hat ein hohes Durchdringungsvermögen für viele lichtundurchlässige Stoffe. Sie ist energiearm und daher nichtionisierend. Hierdurch ist diese Strahlung in vielen Gebieten der Messtechnik von großem Interesse. Durch die Fortschritte in der Laser- und Halbleiter-Technologie wurden in den letzten Jahren erstmals THz-Strahlungsquellen und -Detektoren für praktische Anwendungen realisierbar.

Für die zerstörungsfreie tomographische Prüfung werden bisher im Wesentlichen röntgenbasierte Systeme eingesetzt. Die Nutzung der Terahertz-Strahlung (oft auch "T-rays" genannt) ermöglicht eine völlig neue Art der Bildgebung/Tomographie. THz-Strahlung durchdringt Papier, Keramiken und Kunststoffe und wird von metallischen Leitern und Wasser absorbiert. Vorteilhaft gegenüber Röntgenstrahlung ist, dass diese Strahlung extrem energiearm und somit nichtionisierend ist. Dies eröffnet neue Anwendungsbereiche in zahlreichen Gebieten der Bildgebung und industriellen Qualitätssicherung: Delaminationsprüfung, Detektion vergrabener Leiterbahnstrukturen, innere Prüfung gekapselter Strukturen und Materialprüfungen, Dichte- und Dickeschwankungen von im sichtbaren Spektralbereich nichttransparenten Objekten usw.

Insbesondere die Transparenz vieler Kunststoffe und Keramiken im THz-Frequenzbereich macht diese Strahlung für Qualitätsprüfungen an Bauteilen aus diesen Materialien interessant. So zeigt die Bildgebung mit THz-Strahlung einen hohen Kontrast, auch hinsichtlich Materialinhomogenitäten und Fehlstellen, der mit bisherigen Techniken an Bauteilen aus diesen Substanzen nicht zu erreichen ist. Ebenso ist eine Prüfung durch geschlossene, optisch nichttransparente Kunststoff- und Papierverpackungen möglich.

Voraussetzung für den Einsatz im industriellen Umfeld sind kompakte und zuverlässige THz-Systeme, die bisher an der Nichtverfügbarkeit leistungsstarker, mobiler Femtosekundenlaserquellen (fs-Laserquellen) scheiterten. Unter Nutzung eines neuartigen fs-Faserlasers konnte vom Fraunhofer IOF ein entscheidender Schritt gegangen werden. Dieser Laser eröffnet durch seine Robustheit, Ausgangsleistung und Kompaktheit völlig neue Möglichkeiten. Darauf aufbauend wurde eine mobile Anordnung für die THz-Bildgebung sowohl für Transmissons- als auch Reflexionsuntersuchungen aufgebaut. Das System ist insbesondere für Messungen von Kunststoff wie z. B. Polystyrol ausgelegt und kann hier ca. 20 cm x 20 cm große Prüflinge durchstrahlen und Materialinhomogenitäten oder Dichteschwankungen sichtbar machen.

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