Terahertz-Heterodynempfänger mit Quantenkaskadenlaser und supraleitendem Mischer

Abstract

Die hochauflösende Spektroskopie atomarer und molekularer Emissions- und Absorptionslinien im Terahertz (THz)-Spektralbereich liefert Informationen über den stellaren-interstellaren Lebenszyklus (z. B. Fragen der Sternentstehung), chemische Prozesse im inter-stellaren Medium (ISM), Planetenatmosphären und die Gaskoma von Kometen. Eine hinreichend gute spektrale Auflösung (Δν/ν » 10^-6) bei gleichzeitig hoher Detektionsempfindlich-keit ist nur mit einem Heterodynspektrometer realisierbar. Diese Eigenschaften des THz-Heterodynspektrometers eröffnen auch Anwendungen in der Sicherheitstechnik, bei denen verborgene gefährliche Objekte oder Substanzen in mehreren Metern Entfernung detektiert werden sollen. Wichtige Bestandteile eines Heterodynspektrometers sind der Lokaloszillator und der Mischer. Der Lokaloszillator muss in der Lage sein, den Mischer mit ausreichend Leistung zu versorgen, sowie eine hinreichend gute Frequenzstabilität besitzen. Die Anforderungen an den Mischer sind zum einen ein niedriges Eigenrauschen und zum anderen eine möglichst hohe Konversionseffizienz. Wir berichten über ein THz-Heterodynspektrometer mit einem Quan-tenkaskadenlaser (QCL) als Lokaloszillator sowie einem Hot Electron Bolometer (HEB) als Mischer. Die Ausgangsleistung des Quantenkaskadenlasers betrug mehrere Milliwatt und war ausreichend, um das HEB (Rauschtemperatur ca. 2700 K) mit genügend Pumpleistung zu versorgen. Die Kombination aus supraleitendem HEB und QCL Lokaloszillator eröffnet die Möglichkeit ein kompaktes und robustes THz – Heterodynspektrometer für Anwendungen in der Astronomie oder Sicherheitstechnik zu realisieren