Terahertz-Nahfeldmikroskopie basierend auf einer dynamischen Luft-Plasma-Apertur

Als neuartige Inspektionsmethode im fernen Infrarot hat die Entwicklung der Terahertz (THz)-Bildgebungstechnologie in den letzten Jahren beträchtliche Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Mit den einzigartigen Eigenschaften der THz-Strahlung, wie z. B. nichtionisierende Photonenenergien und breite spektrale Informationen, hat diese Bildgebungstechnik ein starkes Anwendungspotenzial in vielen Grundlagenforschungs- und Industriebereichen gezeigt. Die Auflösung der THz-Bildgebung ist jedoch aufgrund ihrer langen Wellenlänge immer begrenzt. Die Einführung optischer Nahfeldtechniken kann die Auflösung erheblich verbessern, aber es ist immer wichtig, dass sich eine THz-Quelle oder ein Detektor so weit wie möglich der Probe nähern. Bei weichen oder flüssigen Materialien in der biomedizinischen Sensorik und chemischen Untersuchung können diese Proben leicht beschädigt und die THz-Quelle oder der Detektor bei herkömmlichen THz-Nahfeldtechniken kontaminiert werden. Daher bleibt es nach wie vor eine Herausforderung, die THz-Nahfeldmikroskopie in breiteren Anwendungsbereichen zu etablieren.

In einem neuen Artikel, erschienen in Licht: Wissenschaft & Anwendungeneinem Team von Wissenschaftlern unter der Leitung der Professoren Xin-ke Wang und Yan Zhang vom Beijing Key Laboratory of Metamaterials and Devices, Key Laboratory of Terahertz Optoelectronics Ministry of Education, Department of Physics, Capital Normal University, Beijing, China, und Mitarbeitern haben eine neue THz-Nahfeldmikroskopie entwickelt, um eine THz-Bildgebung im Subwellenlängenbereich zu erreichen, ohne sich der Probe mit irgendwelchen Geräten zu nähern.

Bei dieser THz-Nahfeldtechnik wurde ein Kreuzfaden durch zwei gekreuzte Luftplasmen gebildet, die eine dynamische Apertur öffneten, um die Intensität eines THz-Strahls auf einer Probenoberfläche zu modulieren. Wenn sich das Kreuzfilament nahe genug an der Probenoberfläche befand, war eine THz-Bildgebung mit einer Auflösung von einigen zehn Mikrometern erfüllt. Durch die Nutzung dieser Technik wurde die Einschränkung der Probenauswahl in der herkömmlichen THz-Nahfeld-Bildgebung effektiv beseitigt und Probenschäden durch das Kreuzfilament wurden minimiert.

Um die Leistung der Technik zu überprüfen, wurden vier verschiedene Arten von Materialien gemessen und ihre Bilder im THz-Subwellenlängenbereich erfolgreich aufgenommen, darunter ein Testchart mit metallischer Auflösung, ein Halbleiterchip, ein Kunststoffmuster und ein fettiger Fleck. Darüber hinaus eignet sich die Technik grundsätzlich auch für eine eingekapselte Probe, wenn deren Verpackung für THz und sichtbares Licht transparent ist. Daher kann erwartet werden, dass das beschriebene Verfahren die Anwendungen der THz-Nahfeldmikroskopie erheblich erweitern wird, z. B. biomedizinische Sensorik und chemische Inspektion.