M.Sc. Tobias Kubiczek
- Hochauflösende 3D Bildgebung mit Terahertzstrahlung
- Materialcharakterisierung dielektrischer Objekte mit Terahertzstrahlung
- Verschiedene Anwendungen mit Neuronalen Netzwerken zur Klassifizierung, Clusteranalyse, Entrauschung und Positionsbestimmungen von Terahertz Pulsen
Terahertz Zeitbereichsspektroskopie
Die Terahertz Zeitbereichsspektroskopie (THz-TDS) ermöglicht die Extrahierung elektromagnetischer Materialeigenschaften wie der komplexen Permittivität. Dabei wird ein THz-TDS Puls mit einem breiten Spektrum (hier: 50 GHz-5 THz) auf eine Probe geleitet. Über die Auswertung der Intensitätsverteilung des transmittierten oder reflektierten THz-Pulses kann eine Berechnung der dielektrischen Materialeigenschaften vorgenommen werden. Durch das Abgleichen mit einer Referenzmessung wird so eine hohe Genauigkeit erreicht.
Transmissionsaufbau zur Materialcharakterisierung mit THz-TDS
Extrahierter Brechungsindex für Makrolon mit einer Probendicke von 8 mm
Klassifizierung mit Neuronalen Netzwerken
Eine Unterscheidung zwischen Materialien kann über die extrahierten dielektrischen Materialparameter geschehen. Zur automatischen Unterscheidung können jedoch auch
Neuronale Netzwerke eingesetzt werden. Faltungsautoencoder werden trainiert eine Reduktion der Datenpunkte vorzunehmen. Diese generierten Features können mit einer Clusteranalyse (Beispielsweise K-Means oder DBSCAN) in Kategorien eingeteilt werden.
Die Klassifizierung einer 2-D THz-TDS Messung mit Hilfe eines Autoencoders und Kluster Algorithmen
Mit einer 2-D Verfahr Einheit werden bildgebend THz-TDS Pulse aufgenommen, sodass ein Terahertz Bild eines Objekts erstellt wird. Das Neuronale Netzwerk führt die Extrahierung der Features durch und ordnet Teile des Bildes einer Klasse zu.
Klassifizierte Transmissionsmessung mit einem Probenhalter mit 12 verschiedenen Materialien
3-D Bildgebung durch Terahertz Zeitbereichsspektroskopie mit synthetischer Apertur
Neben der Materialparameterextrahierung kann die Terahertz Zeitbereichsspektroskopie zur hochgenauen 3-D Rekonstruktion von Objekten genutzt werden. Eine besondere Methode ist das Nutzen einer (inversen) synthetischen Apertur, wo ein Objekt entlang verschiedener Raumrichtungen bewegt oder gedreht wird. Dabei werden Reflektionsmessungen im divergenten Messaufbau durchgeführt.
Durch die sogenannte Backpropagation können die aufgenommenen THz-TDS Pulse auf ein Volumen projiziert werden. Dadurch sind die Positionen bestimmbar, an denen eine Reflektion an einer Materialschicht stattgefunden hat. Für den verbrannten Teil der oben gezeigten vermessenen Probe ist der Querschnitt durch eine Rekonstruktion links gezeigt. Die hohen Intensitäten (rot) zeigen die Stellen, wo eine Reflektion stattgefunden hat. Deutlich sieht man hier, dass auch Reflektionen in tieferen Schichten stattgefunden haben. Durch die 3-D Bildgebung mit Hilfe der Synthetischen Apertur können somit auch Mehrschichtsysteme erfolgreich rekonstruiert werden.