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01-02 2024 Elektronik 13 Messund Prüftechnik Frequenzbänder die die Nachfrage nach extrem hohen Datentransferraten von mehreren Tbit s bedienen zu können machen den THz-Bereich zu einem zentralen Forschungsthema für den Mobilfunk der nächsten Generation Um den neuen Frequenzbereich zu erforschen und nutzbar zu machen ist eine interdisziplinäre Strategie nötig die eng mit der Hochfrequenz-Halbleitertechnologie abgestimmt sein und zugleich alternative Lösungsansätze auf Basis photonischer Technologien umfassen muss Erzeugen von THz-Strahlung THz-Strahlung kann auf verschiedene Weise erzeugt werden Elektronische MMICs Monolithic Microwave Integrated Circuit integrierte monolithische Mikrowellenschaltungen sind eine naheliegende Wahl doch auch Verfahren die auf photonischen Technologien basieren werden in Zukunft eine wichtige Rolle spielen Besonders die Aussicht heutige Laboraufbauten in Form von photonisch integrierten Schaltungen PIC Photonic Integrated Circuit miniaturisieren zu können könnte diesen Konzepten Vortrieb verschaffen Im Kommunikationsbereich wird der Frequenzbereich von 0 1 THz bis 10 THz bislang nicht genutzt Allerdings hat die Forschung in diesem Bereich zuletzt Interesse auf sich gezogen da diese hohen Trägerfrequenzen nie dagewesene Kanalkapazitäten versprechen Bis vor Kurzem gestaltete sich die Erzeugung intensiver gerichteter THz-Strahlung als schwierig – hier begann technisches Neuland Schließen der »THz-Lücke« Die Problematik wird deutlich wenn man die THz-Abstrahlleistung in Abhängigkeit von der Frequenz für unterschiedliche elektronische und photonische Geräte betrachtet Im THz-Frequenzspektrum von 0 1 THz bis 10 THz ist in Bild 1 ein Leistungsabfall erkennbar – die sogenannte THz-Lücke Für elektronische Geräte sind THz-Frequenzen aufgrund hoher Verluste und begrenzter Ladungsträgergeschwindigkeiten zu hoch Für photonische Geräte wiederum sind sie wegen fehlender Materialien mit einer ausreichend Bild 1 THz-Emissionsleistung als Funktion der Frequenz [1] Durchgezogene Linien stehen für her kömmliche THz-Quellen IMPATT steht für Impact Ionisation Avalanche Transit Time Diode MMIC steht für Microwave Monolithic Integrated Circuit und TUNNET steht für Tunnel Injection Transit Time Die Ovale kennzeichnen THz-Quellen die erst in der jüngeren Vergangenheit verfügbar wurden THz-QCL Quantenkaskadenlaser RTD resonante Tunnel-Diode UTC-PD Uni-Traveling Carrier Photodiode Bild 2 Die drei Hauptansätze zur Erzeugung von THz-Strahlung Es ist zu beachten dass das Energieäquivalent von 1 THz einer Temperatur von 49 Kentspricht sodass bei bestimmten Technologien z B QCL aufgrund von Relaxationsprozessen bei höheren Temperaturen kryogene Kühlung erforderlich wird Bild Roh de Sch w ar z Bild Roh de Sch w ar z