At bygge verdens første 3D-terahertzkamera måtte ligge lige til højrebenet. Det var relativ simpel fysik, og Finn Eichhorn havde under sin master på DTU Elektro allerede lavet simuleringer af komponenter til brug i terahertz-området.

Så da oplægget fra det europæiske rumfartsagentur ESA nåede dueslaget på DTU Fotonik, var det en rolig forsker, der kastede sig over opgaven.

»Vi troede, at vi kunne anvende de teknikker, vi allerede kendte til. Men vi rendte hurtigt ind i nogle mure,« afslører Finn Eichhorn, som om få uger skal aflevere sin ph.d.-afhandling.

Oplægget fra ESA lød konkret på, at DTU sammen med en tysk industripartner skulle kreere hardware og software til et 3D-kamera, der kunne bruges til at tjekke isoleringsskummet i rumraketter. Målet er at undgå tragedier som den, der ramte rumfærgen Columbia i 2003, da en uopdaget fejl i det varmeisolerende skjold blev fatal for astronauterne.

Ved hjælp af terahertz-stråling er det muligt at se igennem skummaterialet og afsløre eventuelle luftlommer, der bringer sikkerheden i fare. Målet var og er, at kameraet skal være mobilt, hurtigt og med et skarpt billede. Ikke helt nemt, viste det sig.

»Udfordringen er at få opløsningen af billederne god nok og gøre systemet robust. Derfor var vi nødt til at bruge flere sendere og modtagere end normalt og drive enhederne fiberbaseret. Det var ikke helt trivielt, men jeg synes, vi er lykkedes med det,« siger Finn Eichhorn, som stort set har sit antennearray klar, men mangler at få fremstillet de sidste sendere og modtagere, der skal skrues ind i det metalarray, der er blevet specialfræset på Risø DTU.

Finn Eichhorn viser delene frem i DTU Fotoniks laboratorium, hvor en flok små spejle på bordet reflekterer laserlyset, og hvor fibre hænger ned fra loftet som spindelvæv.

Vejen til supersynet går nemlig i første omgang gennem en optisk laser i laboratoriet, der udsender ultrakorte pulser på omkring et picosekund ved en optisk bølgelængde på 1550 nanometer. Pulserne sendes herefter gennem et specielt fiberlink, hvor de bredes i tid for at skåne selve den optiske splitter, der ellers kan blive ødelagt af den høje spidseffekt.

»Der findes desværre ingen standardfibre, der kan bruges hele vejen, da THz-strålegangen foregår i luft. Vi arbejder godt nok også i gruppen på at lave fibre, der kan lede THz, men vi får stadig for store tab,« siger han.

I splitteren bliver lyset delt op i 32 dele og sendt igennem et fire meter langt almindeligt fiber, der komprimerer pulserne ned til 100 femtosekunder. Herefter er de klar til at blive sendt gennem de 32 sende- og modtagerør, der fokuserer lyset ned på den chip, der genererer eller modtager selve terahertz-strålingen.

Sensorhovederne på senderne i metalarrayet sender så strålerne mod det materiale, der skal undersøges fra hver sin vinkel, og dette objekt vil så sprede strålingen tilbage til modtagerhovederne. I disse metalrør sidder en lille forstærker, som forstærker den meget lille strøm, som kommer tilbage til modtagerne. Ud fra denne strøm kan Finn Eichhorn se, om der er ujævnheder i materialet.

Planen er, at der skal sendes fra alle 32 enheder på én gang for at skabe et billede, der ikke bliver for groft i opløsningen.

Simuleringer af denne opstilling har vist, at 32 af de egenudviklede modtageenheder kan lave et acceptabelt billede på 10x10 cm fra en afstand på 30 cm.

»Tricket er desuden, at vi først genererer THz-strålingen helt ude ved antennen og derved undgår spejle eller andre former for bølgeledere. Vi kan bruge optisk fiberteknologi, lige indtil vi er helt ude i antennearrayet, hvor vi skal bruge THz-strålingen,« fortæller Finn Eichhorn.

Undervejs er han også stødt på opdagelser, der har givet anledning til en helt særskilt videnskabelig artikel.

»Hverken opsplitningen eller designet af fiberlinket har været nemt, og det var en milepæl for os, da vi første gang fik den korte puls ud af fiberlinket. Og alene det, at vi kunne sende så kort en puls med høj spidseffekt over så lang afstand på fibre, var meget interessant,« fortæller Finn Eichhorn.

Om kort tid er han klar til at sende antennearrayet ned til ESA. Blot mangler den software, der kan bearbejde de data, der blev hevet ud. Det er DTU Elektro og DTU Space, der står for den del,« siger han.

Men når først det hele er på plads, er perspektiverne i et sådant kamera mange, fastslår Finn Eichhorn. Især ser han et stort anvendelsesområde inden for kvalitetskontrol.

»Man kunne forestille sig den brugt i industrien til at tjekke svejsninger i plasticemballage eller se igennem de forskellige lag i kompositmaterialer såsom glasfiberkonstruktioner i vindmøller. Den store amerikanske koncern Philip Morris bruger i dag teknikken til at gennemlyse cigaretpakker for at tjekke, om der er 30 eller 29 i hver pakke,« fortæller Finn Eichhorn.

Der er dog stadigvæk opgaver at se til, understreger Finn Eichhorn.

»En af udfordringerne, der stadig skal løses, er, at systemet skal blive endnu hurtigere til at skabe billeder og blive endnu mere robust og driftsikkert. Teknologien vil modne endnu mere i de kommende år, men her giver vi vores bud på at få THz-teknologien ud af laserlaboratoriet og et skridt nærmere industrielle applikationer,« siger han.

FAKTA: Terahertz-teknologi
* Terahertz (THz) er en frekvens, svarende til 1 billion svingninger pr. sekund, og strålerne har en bølgelængde på nogle brøkdele af en millimeter. Derfor kan de passere gennem tøj, papir og plastmaterialer.

* Bølgerne lægger sig i båndet mellem elektronik og fotonik, dvs. i den øverste del af mikrobølgebåndet og den nederste del af det infrarøde område.

* THz-lys gennemtrænger blandt andet isoleringsmaterialer, stof, tøj, plastic og tørt træ, men duer ikke i vand, der absorberer strålingen, eller på metal, der bare reflekterer strålerne tilbage.

* Ulempen er, at terahertz-strålerne rejser gennem luft, og at der endnu ikke findes egnede kabler eller optiske fibre at lede strålerne igennem. Laserne, der genererer strålingen, er store at rykke rundt på, og desuden er strålerne generelt ufleksible at arbejde med.