Forschung
Der Lehrstuhl für Höchstfrequenztechnik und Quantenelektronik (HQE) befasst sich in Forschung und Lehre mit photonischen und quantenelektronischen Komponenten für die Informationstechnologie, die Sicherheitstechnik und für den Bereich Life Sciences.
Schwerpunkt ist die Erforschung innovativer Terahertz-Technologien. Der Terahertz-Frequenzbereich (1 THz = 1012 Hz) befindet sich im elektromagnetischen Spektrum zwischen Mikrowellen- und Infrarotstrahlung und besitzt großes Potenzial in vielfältigen Anwendungsfeldern. Durch intensive Forschung in den letzten Jahren konnte eine Vielzahl von interdisziplinären Anwendungsgebieten identifiziert und in diesen technologische Möglichkeiten für divers einsetzbare THz-Systeme erschlossen werden.
Die Forschungsarbeiten am Lehrstuhl für Höchstfrequenztechnik und Quantenelektronik umfassen die Simulation, Modellierung und Entwicklung von THz-Systemen und die Erforschung neuer Anwendungsgebiete in enger Zusammenarbeit mit nationalen und internationalen Arbeitsgruppen. Hierbei ist die enge interdisziplinäre Zusammenarbeit als Mitglied des Zentrums für Sensorsysteme und des Zentrums für Mikro- und Nanochemie innerhalb der Universität Siegen hervorzuheben.
Der Terahertz-Frequenzbereich
Der Terahertz- oder Sub-Millimeterwellen-Frequenzbereich, grob definiert als der Bereich zwischen 300 GHz und 10 THz, ist eine der am längsten bestehenden ungenutzten Regionen im elektromagnetischen Spektrum. Der technische Fortschritt der letzten Jahrzehnte ermöglichte die Entwicklung von sehr anspruchsvollen und komplexen Systemen, die standardmäßig in diesem Frequenzbereich arbeiten. Dies hat zu großen Fortschritten in Bereichen wie beispielsweise Astronomie oder der Untersuchung der Atmosphäre geführt.
Dennoch ist es bisher nicht gelungen, diesen Spektralbereich mit seinem vielfältigen Potential für alltägliche Anwendungen nutzbar zu machen. So wurde der Begriff THz-Lücke kreiert, der auf den Mangel geeigneter Technologien zum effektiven Überbrücken dieser Übergangsregion von Elektronik zu Optik zurückzuführen ist.
Intensive Forschung in den letzten Jahren konnte technologische Möglichkeiten für breit einsatzfähige THz-Systeme eröffnen und eine Vielzahl von interdisziplinären Anwendungsgebieten identifizieren. Zurzeit befindet sich die THz-Forschung in einer Schlüsselphase und wird in naher Zukunft wegen ihrer intrinsischen Vorteile radikal unsere analytischen Fähigkeiten erweitern:
- Viele optisch dichte Materialien sind im THz-Bereich transparent. Dadurch ergeben sich neuartige Analyse- und Imaging-Anwendungen für Forschung und Technologie
- THz-Strahlung ist nicht-ionisierend, daher unbedenklich für biomedizinische Analysen und bietet somit eine Alternative zu herkömmlichen Röntgenverfahren
- Spezifische THz-Molekülrotationen und -Schwingungen ermöglichen die selektive markierungsfreie Identifizierung von Molekülen und Molekülgruppen
- THz-Strahlung liefert entscheidende Einblicke in die elektronische Dynamik von Halbleitern, Metallen und Nanostrukturen, wobei letztere eine besonders wichtige Rolle für photonische und elektronische Komponenten und Systeme einnehmen
- THz-Strahlung wird im Gegensatz zu optischen Wellenlängen weniger stark gestreut, was den Einsatz bei rauen Umgebungsbedingungen begünstigt, z. B. für Robotic Vision und Prozesskontrolle unter industriellen Produktionsbedingungen.
Forschungsarbeiten an der Universtät umfassen dabei die Simulation, Modellierung und Entwicklung von THz-Systemen und die Erforschung neuer Anwendungsgebiete in enger interdisziplinärer Zusammenarbeit mit nationalen und internationalen Arbeitsgruppen.