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Holger Quast

• In dieser Arbeit wurde die grundsätzliche Funktionsweise und die Eigenschaften von photokonduktiven CW-Thz-Emittern dargestellt. In diesem Rahmen wurde der Prozess des Photomischens und die Funktionsweise und Eigenschaften von Antennen auf Halbleitersubstraten untersucht. Um das erwartete frequenzabhängige Emissionsverhalten zu überprüfen wurde ein Messplatz zur Durchführung von Vergleichsmessungen diverser Emitter aufgebaut. Desweiteren wurde ein Fourier-Transform-Interferometer zur frequenzaufgelösten Detektion im THz-Bereich entwickelt. Zur Charakterisierung der Emitter wurde die emittierte Leistung in Abhängigkeit der Frequenz gemessen. Als abstrahlende Strukturen wurden Dipol- und Patch-Antennen verwendet. Dabei wurde gezeigt, daß eine Einschränkung der Bandbreite eine Verstärkung der Emission in dem verbleibenden Frequenzbereich ergibt. Dies wird bei Dipolantennen durch eine Filterstruktur oder allgemein durch Verwendung einer stark resonanten Antennenstruktur wie der Patchantenne erreicht. Es wurde gezeigt, daß die Einbeziehung der zu höheren Frequenzen abfallenden Leistung des Photomischers notwendig für eine Beschreibung der Resonanzkurve ist. Dadurch verschiebt sich das Maximum der Abstrahlung und liegt im Falle des Dipols nicht mehr bei der Anregung nah der Wellenlänge die gleich der Dipollänge ist. Allerdings wurde auch gezeigt, daß dies nicht für eine Beschreibung der Resonanzkurve ausreicht, und daß zur korrekten Modellierung die Übertragung der Leistung von Photomischer auf die Antenne eingefügt werden muß. Diese ist stark von dem komplexen Widerstand des Photoschalters abhängig. Die Resonanzcharakteristik von Patch-Antennen konnte durch die Berechnung der TMModen eines dreidimensionalen mit einem Dielektrikum gefüllten Resonators erklärt werden. Dieser besitzt aber so viele mögliche Moden, daß schon kleine geometrische Veränderungen die Resonanzfrequenz verändern können. Somit ist die Berechnung der Resonanzfrequenz sehr schwierig, und die praktische Einsetzbarkeit der gezeigten Patch-Antennen gering. Allerdings ist bei Patchantennen anders als bei Dipolen die Quelle der Emission, in diesem Fall der Resonator aus Polyamid, unabhängig vom Substrat auf dem sich die Antenne befindet. Dies macht ein Aufbringen auf ein für die Emission optimales Substrat oder einen Spiegel möglich. Die berechnete Resonanzfrequenz der Filterstruktur in der Zuleitung ist auch die tatsächliche Resonanzfrequenz des Dipols. Hier ist eine Vorhersage und somit ein funktionierendes Design relativ leicht zu erreichen. Allerdings wurde die durch die Filterstruktur in der Zuleitung gewählte Resonanzfrequenz fälschlicherweise für eine Anregung mit der vollen Wellenlänge gewählt und liegt wie die vergleichende Messung mit identischem Dipol ohne Filterstruktur zeigt, nicht im Emissionsmaximum des Emitters. Für zukünftige Designs muß eine detaillierte Berechnung oder eine Messung des Emissionsmaximums des Dipols ohne Verwendung eines Filters vorangehen, um die Resonanzfrequenz des Filters auf dieses Maximum zu legen. Um eine bestimmte Frequenz zu erreichen muß also erst der Dipol ohne Filter so gewählt werden, daß dessen Emissionsmaximum bereits bei der gewünschten Frequenz liegt, um dann die Emission mit Hilfe eines Filters zu verstärken. Ebenfalls muß in der Zukunft um die Anwendbarkeit zu erhöhen, die bolometrische Detektion durch photokonduktive oder elektrooptische Detektion ersetzt werden.