Det videnskabelige miljø har længe været klar over, at der ligger et stort potentiale i terahertz-teknologi, men hidtil har tekniske vanskeligheder og økonomi begrænset teknologiens udbredelse.

Nu skal DTU udvikle og bygge verdens første 3D terahertz-kamera for ESA, Det Europæiske Rumfartsagentur.

Elektromagnetisk stråling i terahertz-området ligger omtrent hvor mikrobølger og infrarødt lys møder hinanden. Strålingens frekvens er én million svingninger pr. sekund. Strålingen er ufarlig for mennesker.

De tre hovedkræfter bag projektet professor Viktor Krozer, DTU Elektro, lektor Jørgen Dall, DTU Space, og lektor ph.d. Peter Uhd Jepsen, DTU Fotonik, har i forvejen et tæt samarbejde med ESA. Med terahertz-projektet vil DTU's viden på området blive forstærket.

Terahertz-stråling bruges i dag kun til simpel gennemlysning af materialer med en enkelt sender og en enkelt modtager. Den form for scannere bliver fremstillet af to firmaer i verden. Men der er ingen, der hidtil har taget skridtet videre og lavet et 3D-kamera.

Måler elektrisk felt i stedet for lys
En af de store vanskeligheder ved terahertz-teknologien er, at alle genstande udsender varmestråling netop i terahertz-området. Det vil give billeder med meget kraftig støj, som sne på en tv-skærm, så man ikke vil kunne se den genstand, man er interesseret i.

DTU bruger et smart trick til at komme uden om den forhindring.

»Vi måler det elektriske felt i stedet for lysintensiteten,« fortæller Peter Uhd Jepsen.

Dermed benytter DTU-folkene sig af et af fysikkens mysterier, nemlig at eletromagnetisk stråling både kan betragtes som lyspartikler, fotoner, og som et elektrisk felt.

»Vi ved, hvornår lyset bliver sendt afsted, så vi ved, hvornår vi skal kigge efter det. Når vi har "en lampe", som vi kender lyset fra, så vil vi også kunne opfange refleksionen fra genstandene, og vi vil ikke blive generet af baggrundsstrålingen,« siger Peter Uhd Jepsen.

Hvis man blot målte på lysets intensitet med et bolometer, så ville det lade en del af baggrundsstrålingen slippe med ind.

Men når man nøjes med at sende korte bølger afsted i en kendt fase, så vil man kunne genkende ekkoet af de bølger.

20-50 antenner
DTU vil opbygge "kameraet" af et antal sende-antenner og et antal modtage-antenner. Der bliver 20-50 sende-antenner og 20-50 modtage-antenner. Det vil gøre det muligt at skabe et tredimensionelt "billede", som man kan vende og dreje. I praksis vil billederne komme til at ligne radarbilleder.

»Det signal vi modtager, vil blive fremvist som en gråskala, lige som på en radar, men inden signalet når så langt, er der en hel masse billedanalyse-beregninger, der skal foretages,« siger Peter Uhd Jepsen.

Udvikling af algoritmer til billedanalyse vil udgøre en stor del af projektet.

Et lille vindue
Terahertz-kameraet vil udnytte, hvad Peter Uhd Jepsen betegner som et lille vindue i det elektromagnetiske spektrum.

Kun bølger omkring én terahertz kan på samme tid gå igennem lette materialer som papir og plastik og samtidig kemisk reagere på krystallinske stoffer og polære stoffer, for eksempel vandige stoffer.

Hvis man bruger radiobølger, så er det svært at lave rumligt opløste billeder, fordi der er tale om lange bølger på en halv til en hel meter. Tilsvarende vil man få en billedopløsning på en halv til en hel meter.

»Hvis man går den anden vej i det elektromagnetiske spektrum og bruger infrarødt lys, så vil lyset blive spredt af materialer som papir og plastic. Der er altså kun et lille vindue, hvor dette kan lade sig gøre,« siger Peter Uhd Jepsen.

Grunden til, at terahertz-bølgerne kan gå lige igennem tekstil, papir og plastic, er, at terahertz-bølgerne har en bølgelængde på nogle brøkdele af en millimeter. Det passer godt med strukturen af tekstiler og plastik, så strålingen kan vandre igennem uden at blive forandret.