Prof. Dr. Jan Balzer
© UDE/Tobias Kubiczek

Warum ich forsche: Jan Balzer

Terahertz neu denken

Ob bei brenzligen Feuerwehreinsätzen, dem Nachweis von Viren in der Luft oder dem Einsatz von 6G in der Mobilfunkkommunikation – die Möglichkeiten der Terahertztechnik sind riesig. Doch noch ist sie meist Zukunftsmusik. Prof. Dr. Jan Balzer arbeitet an der UDE an einem einfacheren und kostengünstigen Einsatz.

Professor Balzer, woran arbeiten Sie derzeit?

Ich arbeite im Rahmen des Sonderforschungsbereichs MARIEan einer Methode, mit einer Drohne Materialien in einem Raum zu klassifizieren. Damit soll zum Beispiel die Feuerwehr auch bei starker Rauchentwicklung Gefahrenherde wie Gasflaschen frühzeitig erkennen können. Ein weiteres Beispiel ist der Nachweis von Viren in der Luft. Sogenannte „Microflyer“ sollen so funktionalisiert werden, dass bestimmte Viren an der Oberfläche haften bleiben und so die reflektierte Terahertz(THz)-Strahlung verändern. Diese Änderung kann aktuell mit einer Reichweite von etwa einem Meter detektiert werden und soll künftig Viren erkennen, bevor sich eine Person ansteckt.

Was ist das Besondere am Terahertz-Frequenzbereich?

Der THz-Frequenzbereich befindet sich grob zwischen der Mikrowellen- und Infrarotstrahlung. Das spannende ist, dass er erst seit den 1990er Jahren für Laboranwendungen erschlossen wurde. Das erste Terahertz-Bild wurde 1995 aufgenommen und ist damit ca. 100 Jahre jünger als die erste Röntgenaufnahme. Allerdings ist die Erzeugung von Frequenzen im Terahertz-Bereich nach wie vor sehr aufwendig, da weder klassische Konzepte aus der Hochfrequenztechnik noch aus der Optik funktionieren. Daher wird dieser Frequenzbereich auch als „THz Gap“ bezeichnet.

Meine Forschungsarbeit zielt unter anderem darauf ab, den Terahertz-Frequenzbereich durch kosteneffiziente Systeme zu erschließen und neue Anwendungsfelder zu identifizieren.

Was fasziniert Sie am meisten an Ihrer Arbeit?

Schon als Kind haben mich technische Geräte fasziniert. Ich wollte immer verstehen, wie beispielsweise ein Videorekorder oder das Telefon funktionieren. Mein Studium der Elektrotechnik hat mir gezeigt, welche genialen Ideen hinter vielen, für unseren Alltag selbstverständlichen Dingen, stecken.

In meiner Forschung gehe ich einen Schritt weiter und überlege, wie Systeme aussehen könnten, die ein bestimmtes Problem wie die Virendetektion in der Luft lösen können. Nach der Idee folgt eine erste Theorie, dann eine Simulation und schließlich die technische Realisierung. Am Ende eines langen Projekts einen funktionstüchtigen Demonstrator im Labor entwickelt zu haben, der etwas leistet, was bisher nicht möglich war, ist meine größte Motivation.

Wie kamen Sie auf das Forschungsfeld Terahertz?

Ich habe meine Promotion im Bereich der ultraschnellen Halbleiterlaser abgeschlossen. Im Rahmen eines BMBF-Projekts wurde das von mir entwickelte Lasersystem eingesetzt, um ein komplexeres Lasersystem in einem Terahertz-Spektrometer zu ersetzen. Dies war mein erster Kontakt mit dem Terahertz-Bereich. Besonders spannend war für mich, dass sich Terahertz-Strahlung oft anders verhält als Strahlung, die ich von den Lasern gewöhnt war. So durchdringt THz-Strahlung typische Verpackungsmaterialien oder auch Kleidung, ist dabei aber im Vergleich zur Röntgenstrahlung für den Menschen ungefährlich.

Durch meinen Wechsel an die UDE, bin ich in Kontakt mit Ingenieuren mit Radar- und Kommunikationshintergrund gekommen. Dies hat dann schlussendlich zu der Idee mit den Mikroflyern zur Detektion von Viren geführt. Auch die Corona-Pandemie hat hier eine Rolle gespielt.

Wo stecken die größten Potenziale der Terahertzforschung?

Terahertz ist ein recht junges Forschungsfeld mit entsprechend starken Wachstumsmöglichkeiten. Aktuell werden viele neue Anwendungen im industriellen Umfeld ausprobiert. Durch zu hohe Systemkosten bleibt bisher eine konsequente Umsetzung aus – bis auf auf wenige Ausnahmen, wie Lackschichtdickenbestimmung im Automobilbereich. Hier liegt ein sehr großes Potenzial für kosteneffiziente Systeme in der Zukunft. Auf der anderen Seite wird sich der Terahertz-Bereich in der ein oder anderen Form im Zusammenhang mit 6G durchsetzen, also dem Mobilfunknetz der 6. Generation, da diese bisher unerreichte Datenraten ermöglicht.

Weitere Informationen:
https://www.uni-due.de/nts/terahertz-1

Prof. Dr. Jan Balzer, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Tel. 0203/379-4406, jan.balzer@uni-due.de

Redaktion: Jennifer Meina, Tel. 0203/37 9-1205, jennifer.meina@uni-due.de

 

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