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Die Anzahl praktischer Anwendungen für Terahertz(THz)-Strahlung, welche im Grenzbereich zwischen dem Mikrowellenbereich (unter 0,1 THz) und dem optischen Bereich (über 10 THz) liegt, sind heute noch stark limitiert. Etablierte Systeme werden aufgrund von Größe und Kosten überwiegend in Laboren eingesetzt. Es werden dringend kostengünstige und kompakte Lösungen benötigt, um “THz” praxistauglich einzusetzen, denn diese Strahlung bietet einige interessante Eigenschaften, wie z. B. die Fähigkeit, eine ganze Reihe von Materialien durchleuchten zu können. In Anbetracht dessen bieten elektronische integrierte Schaltungen, welche eine Massenproduktion sowie die Realisierung kompakter Lösungen erlauben, eine attraktive Alternative. Beispielsweise bringen Silizium-Technologien die erforderliche Fertigungsausbeute mit sich, um große THz-Detektor- und THz-Quell-Arrays auf einem einzigen Chip zu integrieren. Das übergeordnete Ziel dieser Thesis besteht darin, solche Komponenten in Hinblick auf deren Anwendbarkeit in der THz-Aktiv-Bildgebung, THz-Spektroskopie und THz-Antennenmessungen zu verstehen, um kostengünstige und kompakte Alternativen für diese Disziplinen zu realisieren und somit die Praxistauglichkeit von THz zu erhöhen. Diese beiden Typen von THz-Arrays sind Komponenten, die ursprünglich für die THz-Aktiv-Bildgebung entwickelt wurden; Detektor-basierte Geräte, d. h. THz-Kameras, zum Aufnehmen eines Bildes und Quell-basierte Geräte zum Beleuchten eines Objekts. Hierbei ermöglicht die Kopplung an ein Objektiv die Abtastung bzw. Beleuchtung eines bestimmten Sichtfeldes. Als Objektiv werden üblicherweise Silizium-Linsen eingesetzt. Vor dieser Thesis war es weitestgehend unklar, wie sich das Abstrahlverhalten solcher Silizium-Linsen-gekoppelten THz-Arrays auf die Performanz in der mit ihnen realisierten Applikationen in der THz-Aktiv-Bildung auswirkt. Der wissenschaftliche Beitrag dieser Arbeit besteht zum einen darin, diesen Aspekt in all seinen Facetten zu verstehen. Daraus wird abgeleitet, wie solche Komponenten betrieben werden müssen, um eine vollelektronische, kompakte und kostengünstige Alternative für die Echtzeit-Bildgebung mit hoher Performanz—hinsichtlich des Produzierens eines hochauflösenden THz-Bildes—zu realisieren. Im Zuge dessen wird ein neues Beleuchtungskonzept auf Basis von THz-Quell-Arrays eingeführt. Darüber hinaus wird auch gezeigt, wie THz-Kameras für die THz-Spektroskopie und THz-Antennenmessungen eingesetzt werden können, um auch in diesen Bereichen eine kompakte und kostengünstige Alternative zu bieten. In Hinblick auf die Generierung hochauflösender THz-Bilder wird in dieser Thesis gezeigt, dass mit Linsen-integrierten THz-Kameras durch den Einsatz sog. superauflösender Bildgebungsverfahren immer eine beugungsbegrenzte Raumauflösung erzielt werden kann. Eine CMOS-THz-Kamera mit einer 15-mm Linse erzielte bei einer Bildfläche von 50 mm Durchmesser eine Raumauflösung von 1.43 mm in einem Experiment bei 0.652 THz. Dabei skaliert die erreichbare Auflösung mit der Bildfläche, wobei kleinere Bildflächen vorteilhaft sind in puncto Auflösung. In dem Zuge werden auch die allgemeinen Winkelauflösungsgrenzen solcher Kameras ermittelt. Das gewonnene Verständnis wird dann auf ein THz-Dispersiv-Spektroskop angewandt, welches solch eine Kamera mit dispersiven Optiken kombiniert. Diese Art von Optiken teilt ein breitbandiges THz-Signal räumlich in seine einzelnen Farben auf—ähnlich wie beim Regenbogen—und ordnet jede Frequenz einem bestimmten Kamerapixel zu. Im Bereich von 0.75–0.9 THz konnte somit die durchschnittliche Spektralauflösung von 68.3 GHz auf 34.2 GHz (Faktor 2) verbessert werden, während die Frequenzgenauigkeit sich im Mittel von 30 GHz auf 1.65 GHz (Faktor 18.2) verbesserte. Hierbei werden auch die Leistungsgrenzen des Geräts bzgl. dieser Parameter ermittelt. Zudem wird auf Basis der CMOS-THz-Kamera ein neues Messkonzept zur Bestimmung der Fernfeldcharakteristika von THz-Strahlungsquellen eingeführt. Dieses Messkonzept ermöglicht eine schnelle Erfassung des Fernfeld-Strahlungsmusters von THz-Quellen sowie deren Direktivität, Strahl-Halbwertsbreite und Sendeleistung. Diese Parameter wurden in Anbetracht einer Test-Quelle in einem weiten Frequenzbereich von 0.6–1.1 THz im quadratischen Mittel mit Genauigkeiten von 0.85 dB, 1.1° und 0.7 μW bestimmt. Zudem wurde hinsichtlich des neuen Beleuchtungskonzepts für die THz-Aktiv-Bildgebung erstmals ein diffuser, homogenen-verteilter Strahl aus einem THz-Quell-Array gewonnen, welche eine rekordträchtige Leistung von 10.3 dBm bei 0.42 THz abstrahlt; homogen beleuchtende Quellen sind dringend benötigte, jedoch vor dieser Thesis unerforschte und fehlende Komponenten für die THz-Aktiv-Bildgebung in Echtzeit, um einen gleichmäßigen Dynamikbereich hinweg über die Bildfläche zu gewährleisten. Auf Basis dessen und einer CMOS-THz-Kamera konnte dann hochperformante Echtzeit-Bildgebung bei THz-Frequenzen vollelektronisch, kompakt und kostengünstig umgesetzt werden. Diese Thesis legt zudem den Grundstein für die Realisierung einer kostengünstigen und kompakten Alternative für die breitbandige THz-Spektrometrie, welche die Möglichkeit zur Untersuchung von Materialeigenschaften bereits verpackter Güter bietet—für die industrielle Qualitätssicherung. Dazu muss das hier vorgestellte Konzept zur Nutzung inkohärenter THz-Kameras für die Spektroskopie allerdings um eine geeignete THz-Mehrfarben-Quelle erweitert werden. Die Performanz möglicher Quellen ist derzeit mit Hinblick auf deren Sendeleistung allerdings unzureichend. Hier kommt das vorgestellte Beleuchtungskonzept auf Basis von THz-Quell-Arrays ins Spiel, welches eine praktikable Lösung bietet, um die Sendeleistung von THz-Quellen im Allgemeinen zu erhöhen.

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