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Karsten Siebert

• Optoelektronische THz-Systeme finden seit 1995 Anwendung in der Bildgebung. Alle bisherigen Systeme basieren dabei auf gepulsten Femtosekunden-Laserquellen und emittieren gepulste, breitbandige THz-Strahlung. In dieser Arbeit wird erstmals ein bildgebendes optoelektronisches Dauerstrich-THz-Svstem auf Basis von Photomischern als Emitter und Detektor vorgestellt. Zur Optimierung des Systems wurden im Rahmen dieser Arbeit die einzelnen Komponenten detailliert untersucht und insbesondere ihre Wechselwirkung im Rahmen einer Systembetrachtung analysiert. Für den Laborbetrieb wurde ein Zweifarben-Ti:Saphir-Laser entwickelt, der es ermöglicht, die beiden zu mischenden nah-infraroten Frequenzen in einem Verstärkermedium zu generieren. Für das bildgebende System wurde der Laser in unidirektionaler Ringkonfiguration mit zwei sich im Laserkristall kreuzenden Resonatoren verwendet. Zur Optimierung der als THz-Emitter verwendeten Photomischer wurde die generierte THz-Leistung von schnellen Photoschaltern basierend auf bei unterschiedlichen Temperaturen gewachsenem LT-GaAs gemessen. Es zeigt sich, dass neben der Ladungsträgereinfangzeit auch die effektive Ladungsträgermobilität mit der Wachstumstemperatur variiert. Sie nimmt zu höheren Wachstumstemperaturen hin ab. Für eine gegebene THz-Zielfrequenz muss das LT-GaAs Material so gewählt werden, dass es eine optimale elektrische Effizienz aufweist. Die so optimierten Photoschalter müssen in eine resonante Antennenstruktur eingebettet werden, um eine optimale THz-Abstrahlung zu ermöglichen. Je nach Anwendung kann die Antennenstruktur entweder breitbandig (d.h. breiter Abstimmbereich) mit vergleichsweise niedriger Abstrahlungseffizienz oder schmalbandig mit hoher Abstrahlungseffizienz gewählt werden. Das Schlüsselproblem beim Entwurf effizienter Photomischer ist jedoch die Fehlanpassung zwischen der Impedanz des Photoschalters und der Eingangsimpedanz der Antenne, die nur durch die Wahl einer geeigneten Antenne verbessert werden kann. Eine der ungeklärten Fragen bei der Entwicklung von leistungsfähigen Photomischern auf LT-GaAs-Basis für Dauerstrich- und hochrepetierlichen Pulsbetrieb war bisher der Einfluss der Feldabschirmung im Photoschalter. Zur Untersuchung des lokalen Feldes und seiner Abschirmung wurde ein zeitaufgelöstes Doppelpulsexperiment durchgeführt. Das beobachtete Abschirmverhalten ist, entgegen allen bisherigen Aussagen, nicht auf die Abschirmung durch Raumladungen. sondern auf die Abschirmung durch das elektrische THz-Strahlungsfeld (Nahfeld) zurückzuführen.