Para escáner corporal y prueba de materiales

El equipo de Jan Kappa (re.) y Dominik Sokoluk ha desarrollado este nuevo módulo. (Foto: Koziel/TUK)

Los investigadores están trabajando para optimizar su modulador de microespejos para el estudio de materiales. (Foto: Koziel/TUK)

En escáneres corporales en el aeropuerto se utilizan: ondas terahercio. Con esta radiación de baja energía, que es inofensiva para la salud, se puede mirar en el interior: puede penetrar en plásticos y textiles, por ejemplo. Esto también la hace interesante para controles de materiales sin destrucción. Sin embargo, para utilizar procedimientos de espectroscopía de imágenes, hasta ahora el esfuerzo era muy alto. Una solución futura puede ser un componente que han desarrollado investigadores de Kaiserslautern. Con su modulador de microespejos controlado electro-mecánicamente, en el futuro será posible examinar objetos mediante espectroscopía de terahercio de imagen rápida.

Las ondas terahercio se encuentran en el espectro electromagnético entre las microondas y la radiación infrarroja. "Pasan a través de materiales como papel, madera y cerámica y no son ionizantes ni peligrosas para las personas", dice Jan Kappa del grupo de trabajo de metamateriales y tecnología terahercio en la facultad de ingeniería eléctrica e informática de la Universidad Técnica de Kaiserslautern (TUK).

Sin embargo, todavía implica un esfuerzo técnico enorme y mucho tiempo examinar e identificar objetos mediante espectroscopía de terahercio sin contacto. Los investigadores de la TUK han desarrollado un primer componente que puede permitir esta técnica en el futuro. Con su modulador de microespejos, pueden modificar la radiación de terahercio espacialmente de manera dirigida, similar a los haces de luz en una apertura controlable de una cámara. En esta tecnología, sucede lo siguiente: una fuente emite radiación de terahercio que golpea el modulador. "Este activa un patrón específico gracias a sus microespejos, que se graba en la radiación", explica Kappa sobre el proceso. El patrón ahora incide en el objeto a examinar. Una parte de la radiación se absorbe, otra continúa y se enfoca en un detector. A través de varias pasadas y diferentes patrones activados, finalmente se puede calcular la imagen. "Este método es una adquisición de imagen indirecta", continúa Kappa. "Conocemos el patrón activado y la señal de salida correspondiente. Los algoritmos pueden reconstruir la imagen del objeto a partir de estos datos."

Con este método, los investigadores pueden cubrir un espectro de frecuencias muy amplio. "Además de recopilar información espacial sobre el objeto, también obtenemos información espectral para cada punto de la imagen", explica Kappa. "Hasta ahora esto solo era posible en limitada medida, ya que métodos comparables solo podían influir en ondas de terahercio en un rango espectral muy estrecho."

El sistema innovador de microespejos permite examinar las propiedades espectrales de objetos en el menor tiempo posible. "Potencialmente, esto permite identificar sustancias químicas mediante huellas espectrales en el rango de terahercio sin tener que escanear los objetos durante minutos", dice el profesor Dr. Marco Rahm sobre la tecnología.

En el campus, los investigadores fabricaron su modulador de microespejos en la sala limpia del NanoStructuringCenter. En los próximos meses, trabajarán principalmente en optimizar los moduladores para el análisis de materiales. La tecnología es interesante, por ejemplo, para la vigilancia alimentaria, donde contaminantes en la producción y el embalaje pueden tener efectos en la salud. Pero también puede usarse para inspección de materiales sin destrucción en la industria automotriz o aeronáutica, por ejemplo, para echar un vistazo debajo de una capa de pintura. Además, el método puede ser utilizado en la industria farmacéutica y en tecnología médica.

Los investigadores ya presentaron su tecnología a principios de año en la revista especializada Scientific Reports. En septiembre, Jan Kappa obtuvo el segundo lugar en el premio al Mejor Trabajo de Estudiante en la Conferencia Internacional sobre Ondas Infrarrojas, Milimétricas y Terahercio (IRMMW-THz) 2019 en París.

El equipo de Jan Kappa, Dominik Sokoluk, Corey Shemelya y el profesor Dr. Marco Rahm colaboró estrechamente con Steffen Klingel y el profesor Dr. Egbert Oesterschulze del grupo de física y tecnología de nan Estructuras en la TUK. También participó en el desarrollo el equipo de la Dra. Sandra Wolff del NanoStructuringCenter. Los trabajos de investigación están integrados en el Centro de Investigación Estatal en Óptica y Ciencias de Materiales (OPTIMAS).

El estudio "Electrically Reconfigurable Micromirror Array for Direct Spatial Terahertz Modulation of Terahertz Waves over a Bandwidth Wider Than 1 THz" fue publicado en la revista Scientific Reports. DOI: 10.1038/s41598-019-39152-y

Preguntas respondidas por:

Jan Kappa
Cátedra de Electrotecnia Teórica
Grupo de trabajo de metamateriales y tecnología terahercio
Tel.: 0631 205-5334
Correo electrónico: kappa@eit.uni-kl.de