Von Starkfeld-THz-Quellen zur nichtlinearen THz-Spektroskopie

Der "Terahertz"-Frequenzbereich reicht von etwa 100 GHz bis 30 THz, d. h. bei Wellenlängen zwischen 0,01 mm und 3 mm. Lange Zeit unerforscht wegen der Schwierigkeiten bei ihrer Erzeugung, was zu dem bekannten Begriff "Terahertz-Lücke" geführt hat, gibt es jetzt verschiedene Möglichkeiten, sie zu erzeugen: Plasma, organische Kristalle, optische Gleichrichtung, photoleitende Antenne.
Die THz-Zeitbereichsspektroskopie (THz-TDS), d. h. die Erzeugung breitbandiger elektromagnetischer Strahlung durch ultrakurze Laserpulse in Verbindung mit der Pump-Probe-Methode, erweist sich als leistungsfähiges Instrument für eine Vielzahl von Anwendungen, z. B. in den Bereichen innere Sicherheit, zerstörungsfreie Prüfung, Bildgebung und Arzneimittelüberwachung. THz ist auch ein leistungsfähiges Werkzeug in verschiedenen Forschungsbereichen, wie der Material- oder Molekülspektroskopie in Chemie und Biologie oder der Untersuchung von Supraleitern in der Physik. All diese Anwendungen leiden jedoch unter der geringen Leistung von Terahertz-Quellen. Laser mit hoher Durchschnittsleistung, wie sie in unserer Gruppe entwickelt werden, ebnen den Weg zur Überwindung dieses Problems. 

In unserer Gruppe sind sowohl die Entwicklung einer Vielzahl von THz-Hochleistungsquellen als auch deren Anwendungen von großem Interesse. Dünnscheibenlaser und Laser mit hoher Repetitionsrate stoßen an die Grenzen verschiedener THz-Erzeugungstechniken wie Spintronik, organische Kristalle oder optische Gleichrichtung. Unsere Rekorde bei den THz-Leistungen ermöglichen es uns, Anwendungen wie die THz-Bildgebung in Angriff zu nehmen. Diese leistungsstarken THz-Quellen haben auch ihr Potenzial in der nichtlinearen Spektroskopie entdeckt: ein leistungsfähiges Instrument zur Untersuchung des kollektiven Netzwerks von Wasser. Unsere THz-Forschungsarbeiten umfassen daher Anwendungen von täglicher Relevanz für die grundlegende Wasserforschung.