Terahertz-straling kan voor een breed scala aan toepassingen worden gebruikt en wordt tegenwoordig net zo goed gebruikt voor veiligheidscontroles op luchthavens als voor materiaalanalyse in het laboratorium. De golflengte van deze straling ligt in het millimeterbereik, wat betekent dat het aanzienlijk groter is dan de golflengte van zichtbaar licht. Het vereist ook gespecialiseerde technieken om de balken te manipuleren en in de juiste vorm te krijgen. Aan de TU Wenen, het vormen van terahertz-stralen is nu een doorslaand succes:met behulp van een nauwkeurig berekend plastic scherm geproduceerd op de 3D-printer, terahertz balken kunnen naar wens worden gevormd.

Net als lenzen, maar dan beter

"Normaal plastic is transparant voor terahertz-balken, op dezelfde manier als glas is voor zichtbaar licht, " legt prof. Andrei Pimenov van het Institute of Solid State Physics aan de TU Wien uit. "Echter, terahertz-golven vertragen een beetje wanneer ze door plastic gaan. Dit betekent dat de toppen en dalen van de bundel een beetje worden verplaatst - we noemen dat faseverschuiving."

Deze faseverschuiving kan worden gebruikt om een ​​straal te vormen. Precies hetzelfde gebeurt - in een veel eenvoudigere vorm - met een optische lens van glas:wanneer de lens in het midden dikker is dan aan de rand, een lichtstraal in het midden brengt meer tijd door in het glas dan een andere lichtstraal die tegelijkertijd de rand van de lens raakt. De lichtbundels in het midden zijn dus meer fasevertraagd dan de lichtbundels aan de rand. Dit is precies wat ervoor zorgt dat de vorm van de balk verandert; een bredere lichtstraal kan op een enkel punt worden gericht.

En toch zijn de mogelijkheden nog lang niet uitgeput. "We wilden niet alleen een brede straal tot een punt in kaart brengen. Ons doel was om elke straal in elke vorm te kunnen brengen, " zegt Jan Gosporadič, een doctoraat student in het team van Andrei Pimenov.

Het scherm van de 3D-printer

Dit wordt bereikt door een precies aangepast kunststof scherm in de balk te plaatsen. Het scherm heeft een diameter van slechts enkele centimeters, de dikte varieert van 0 tot 4 mm. De dikte van het scherm moet stap voor stap worden aangepast, zodat de verschillende delen van de straal op een gecontroleerde manier worden afgebogen, resulterend in het gewenste beeld aan het einde. Om tot het gewenste schermontwerp te komen is een speciale rekenmethode ontwikkeld. Hiervan kunnen we vervolgens het bijpassende scherm maken van een gewone 3D-printer.

"Het proces is verbazingwekkend eenvoudig, " zegt Andrei Pimenov. "Je hebt niet eens een 3D-printer met een bijzonder hoge resolutie nodig. Als de precisie van de structuur aanzienlijk beter is dan de golflengte van de gebruikte straling, dan is het genoeg - dit is geen probleem voor terahertz-straling met een golflengte van 2 mm."

Om de mogelijkheden van de techniek te benadrukken, het team heeft verschillende schermen geproduceerd, waaronder een die een brede straal in de vorm van het TU Wien-logo brengt. "Hieruit blijkt dat er nauwelijks geometrische grenzen zijn aan de technologie, " zegt Andrei Pimenov. "Onze methode is relatief eenvoudig toe te passen, wat ons doet geloven dat de technologie snel zal worden geïntroduceerd voor gebruik op veel gebieden en dat de terahertz-technologie die momenteel in opkomst is, het een beetje nauwkeuriger en veelzijdiger zal maken."