Moderne Elektronik und Mikrowellenstrahler können bis zu hohen Gigahertz-Frequenzen arbeiten. Oberhalb dieser Frequenzen funktionieren die in diesen Geräten verwendeten Konzepte nicht mehr. In gleicher Weise funktioniert Optik und die zugehörigen Geräte gut bei optischen Frequenzen, aber im fernen Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums funktionieren sie nicht mehr. Zwischen der Hochfrequenzelektronik und der Optik im fernen Infrarot gibt es einen noch nicht vollständig erschlossenen Bereich der Terahertz-Strahlung - die berühmte Terahertz-Lücke, die üblicherweise zwischen 0,1 THz und 10 THz definiert wird. Diese Lücke ist von besonderem Interesse für eine zunehmende Anzahl von Anwendungen, die von der Informations- und Kommunikationstechnologie, der Biologie und Medizin, der zerstörungsfreien Bewertung, der inneren Sicherheit, der Qualitätskontrolle von Lebensmitteln und landwirtschaftlichen Erzeugnissen, der globalen Umweltüberwachung bis hin zum ultraschnellen Rechnen reichen. Geräte zur Erzeugung und Erkennung von Licht im THz-Bereich wurden in den letzten Jahrzehnten intensiv erforscht. Zwischen Erzeugung und Detektion muss THz-Licht jedoch auch moduliert werden können. Klassische Modulatoren wie Linsen, Spiegel und Polarisierer sind für den THz-Bereich bereits verfügbar. Dynamische Modulatoren, die für den technologischen Fortschritt der adaptiven Optik entscheidend sind [3], sind jedoch noch nicht vollständig entwickelt. Der Fortschritt der THz-Wissenschaft und -Technologie hängt von der Realisierung effizienter Komponenten ab. In dieser Arbeit wird eine Methode zur räumlichen und dynamischen Modulation von Licht im THz-Bereich, durch NIR-Beleuchtung eines hochohmigen Si-Wafers, untersucht. Ausgehend vom Lambert-Beer’schen Gesetzes und dem Drude-Modell, wurden umfangreiche Simulationen zu den optischen Eigenschaften von angeregtem Si durchgeführt. Die Simulationsergebnisse, der Anregungs- und Frequenzanalyse, bilden die Grundlage für anschließende Experimente zur Amplituden- und Phasenmodulation. Die räumliche THz-Amplitudenmodulation wurde durch räumliche Variation der NIR Leistung bestimmt. Es wird gezeigt, dass die Amplitudenmodulation, welche sich in Form einer Abschwächung äußert, eine starke Modulationstiefe von mindestens 43 % aufweist. Die räumliche Modulationsfähigkeit wird durch die Diffusionslänge und die Strahldivergenz begrenzt. Durch Integration des Modulationsaufbaus in ein THz Michelson Interferometer wird der Einfluss auf die Phase analysiert. Es zeigt sich eine Phasenverzögerung von 0.48, was einer Änderung des Brechungsindexes in Si von 0.65 entspricht.Auf Grundlage dieser Erkenntnisse wird eine Implementierung eines THz-Strahlablenkers mit, experimentell nachgewiesenen, Ablenkwinkeln in der Größenordnung von 10^−2 ° vorgestellt.
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Modern electronics and microwave emitters can operate up to high gigahertz frequencies. Above these frequencies the concepts employed in these devices seize to work. In the same manner optics and associated devices work well for optical frequencies but they seize to work in the far infrared region of the electromagnetic spectrum. Between high frequency electronics and far infrared optics there is a not yet fully developed area of terahertz radiation - the famous terahertz gap, which is usually defined to be between 0.1 THz and 10 THz.This gap is of special interest for an increasingly wide variety of applications, ranging from information and communications technology, biology and medical sciences, nondestructive evaluation, homeland security, quality control of food and agricultural products, global environmental monitoring to ultrafast computing.Devices to generate and detect light in the THz regime were under intense research in the last few decades. But between generation and detection, THz light may also be modulated. Classical modulators like lenses, mirrors and polarizers are available for the THz regime. Dynamic modulators, however, which are key for the technological advancement of adaptive optics, are not yet fully developed. The progression of THz science and technology depends on the realization of efficient components.In this thesis, a method to spatially and dynamically modulate light in the THz regime, by NIR illumination of a high resistivity Si wafer, is investigated. Based on Lambert-Beer’s law and the Drude Model, extensive simulations were performed on the optical characteristics of excited Si. The simulation results, of excitation and frequency analysis, form the basis for subsequent experiments on amplitude and phase modulation.Spatial THz amplitude modulation was determined by spatially varying the power of NIR illumination. It is shown, that the modulation, which appears in form of an attenuation, shows a strong modulation depth of at least 43 %. The spatial modulation capability is found to be limited by the diffusion length and the beam divergence.By integrating the modulation setup into a THz Michelson interferomenter, the influence on phase is analyzed. A total phase retardation of 0.48 is found, which corresponds to a change of 0.65 in the refractive index of high resistivity Si.Based on these findings, an implementation of a THz beam steerer with, experimentally proven, deflection angles in the order of 10^−2 ° is presented.
