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Die Strahlen, die Fehler erkennen

Terahertz-Strahlen Die Strahlen, die Fehler erkennen

Eine kleine Forschergruppe, hervorgegangen aus einer Arbeitsgruppe am Fachbereich Physik, will Messgeräte auf Terahertz-Basis zur Marktreife bringen.

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Quelle: Thorsten Richter

Marburg . Terahertz-Strahlen galten bis vor wenigen Jahren noch als eine der letzten unerforschten Spektren des Lichts. Erst seit gut 20 Jahren beschäftigen sich Wissenschaftler mit den Möglichkeiten, die Terahertz-Strahlen bieten.
Die Frequenzen von Terahertz-Strahlen liegen zwischen den Frequenzen von Mikrowellen und Infrarot-Licht.
Terahertz-Wellen schwingen einige Billionen (Tera) mal pro Sekunde. Bisher galt dieser Frequenzbereich als die letzte Domäne des elektromagnetischen Spektrums. Terahertz-Wellen machen die Durchleuchtung von Materialien möglich, ohne sie zu beschädigen. Claudia Goy (25), Marina Gerhard (26) und Kristian Altmann (32) nutzen diese Erkenntnis, um ein Produkt bis zur Marktreife zu entwickeln, das eine kostengünstige  und in den Produktionsprozess eingebundene Qualitätskontrolle industriell gefertigter Produkte ermöglicht.

Auf der Suche nach einer günstigen Alternative

Die technische Idee des Produkts basiert auf einer neuen Technologie für die Herstellung von günstigen und energieeffizienten Terahertz-Sensoren. Im Kern geht es darum, den teuren Laser zur Erzeugung der Terahertz-Strahlen durch eine kostengünstige Laserdiode zu ersetzen, wie sie etwa in Laufwerk en für DVD und CD verwendet werden. Die Terahertz-Strahlung ist, vereinfacht gesprochen, das Ergebnis aus optischer und elektronischer Übertragung.
Goy, Gerhard und Altmann ist dies mit der „QTDS“-(quasi-time-domain-spectroscopy)-Technologie gelungen. Mit dieser Technologie ist es möglich, nicht transparente Materialien auf unerwünschte Einschlüsse, Defekte oder ihre Zusammensetzung hin zu untersuchen. Einsatzmöglichkeiten gibt es viele, wie Claudia Goy erläutert:  Im Bereich der Kunststoff- und der Elastomerverarbeitung können Stoffgemische charakterisiert, Bauteile auf Fehlstellen und Stoffeinschlüsse untersucht und Schweißverbindungen überprüft werden . Beispielsweise kann in der Reifenindustrie gemessen werden, ob die Materialmischung stimmt und damit der richtige Härtegrad erreicht ist.
Ein anderer Anwendungsbereich: „Papiermühlen können mit unseren Sensoren die Dicke und Feuchtigkeit der Papierbahnen präzise messen und so auf die bisher verwendeten ungenauen und gefährlichen radioaktiven Präparate verzichten“, erläutert Claudia Goy

Prototyp soll Ende des Jahres entwickelt sein

Dank der hohen Empfindlichkeit auf kleinste Wassermengen kann auch der Wasserstatus einer Pflanze genau überwacht werden. „Die Wahl des optimalen Gießzeitpunkts kann der Pflanzenzucht bei der Züchtung von Pflanzen helfen, die mit weniger Wasser auskommen“, sagt Claudia Goy. Im Pflanzenanbau ließen sich so Wasserressourcen schonen und Ernteschäden verhindern.
Das Hauptproblem, das die drei Nachwuchsforscher derzeit beschäftigt, ist die Erhöhung der Messgeschwindigkeit:  „Mit der Messgenauigkeit sind wir zufrieden, aber wir sind noch zu langsam“, sagt Kristian Altmann. Ziel ist die Entwicklung eines Prototyps bis zum Ende des Jahres. Es soll ermöglichen, Messungen in laufende Produktionsprozesse einzubinden und so Zeit und Geld zu sparen.

Wie aus Wissenschaftlern Unternehmer werden

Bevor sich Forschungsergebnisse in einem konkreten wirtschaftlichen Erfolg niederschlagen, ist es gelegentlich ein weiter und steiniger Weg.
Wer die Firmenadresse von „beat optics“ sucht, stößt auf die naturwissenschaftlichen Institute in der Hans-Meerwein-Straße auf den Lahnbergen: „beat optics“, eine GmbH in Gründung, ist entstanden aus einer Arbeitsgruppe des Materialwissenschaftlers  Professor Martin Koch. Koch und seine Arbeitsgruppe „Experimentelle Halbleiterphysik“ forschen schon seit Jahren über Terahertzstrahlung.
Ein wesentlicher Durchbruch scheint, so sagt es Kristian Altmann,  mit dem kostengünstigen Messverfahren per Laserdiode (siehe Artikel oben) erreicht. Die Arbeitsgruppe ließ sich das Verfahren patentieren und fasste einen mutigen Schritt: die Gründung von „beat optics“ als „GmbH in Gründung“. Seitdem lassen sich Claudia Goy, Kristian Altmann und Marina Gerhard unter anderem von der Gründerinitiative „science4life“ beraten. „Science4life“ ebnet seit 15 Jahren Gründerinitiativen den Weg in die Selbstständigkeit.

Keine Massenware - Kundenwunsch hat Priorität

„Wir haben eine Menge lernen müssen“, berichtete Claudia Goy.  Businessplan, Marktanalyse und Wettbewerbsanalyse sind nicht wirklich die gängigsten Handlungsfelder für Naturwissenschaftler.
Dass Claudia Goy neben dem Physik- auch ein Jurastudium absolviert hat, ist deswegen mehr als ein reiner Zufall. Dass sie sich dabei schwerpunktmäßig mit Vertrags- und Patentrecht beschäftigt hat, erst recht nicht.
 „science4life“ hat die Gründer  für den besten Businessplan ausgezeichnet – ein Erfolgsgarant für die künftige Firma ist das noch nicht.
„Kundenakquise ist im Moment unsere vordringlichste Aufgabe“, berichtet Kristian Altmann, und Claudia Goy ergänzt: „Bis Ende des Jahres wollen wir einen tragbaren Prototypen für das Gerät entwickelt haben.“
Bis dahin ist es noch viel Arbeit: Von der  täglichen Arbeit an dem Messgerät, an dem immer wieder auch gelötet und justiert werden muss, über die Verhandlungen mit Lieferanten feinoptischer Spiegel und ähnlichem bis hin zur Erstellung von Präsentationen für potenzielle Kunden.
Denn eines ist auch klar:  „beat optics“ wird keine Massenware produzieren, sondern  individuell angepasste Messgeräte für die unterschiedlichsten Bedarfe.  „Die Zeit der Fehlschläge haben wir so langsam hinter uns“, gibt sich Claudia Goy optimistisch.   Aber die Arbeitsgruppe weiß auch: Ehe aus einer Idee ein  Geschäftsmodell wird, braucht man nicht nur das Fachwissen, sondern eine gute Vernetzung – und eine Portion Glück.

Zur Person

Kristian Altmann wurde 1980 in Rostock geboren. Er erhielt seinen Bachelor und Master in Elektrotechnik von der Fachhochschule Stralsund in 2009 und 2010. Während seines Studiums absolvierte er ein sechsmonatiges Praktikum bei der Porsche Engineering Services GmbH und untersuchte dort die elektromagnetische Verträglichkeit von Kraftfahrzeugen.  Seit 2010 ist er an der Philipps-Universität Marburg im Bereich der Terahertztechnologie tätig. Sein Schwerpunktthema sind kompakte fasergekoppelte Systeme.

Claudia Goy wurde 1987 in Gießen geboren. Sie erhielt 2012 ihr Diplom in Physik von der Philipps-Universität Marburg. Sie ist seit 2010 auf dem Gebiet der Terahertz-Technologie und Systementwicklung aktiv. In ihrer Abschlussarbeit optimierte sie diverse Detektionsschemata für Terahertz-Wellen. Neben ihrem Physikstudium hat sie ein Jurastudium mit dem Schwerpunkt Unternehmensrecht absolviert.

Marina Gerhard    ist seit 2010 auf dem Gebiet der Terahertz-Technologie aktiv und erhielt 2011 ihren M.Sc. in Physik von der Philipps-Universität Marburg. Für ihre Abschlussarbeit verbrachte sie ein Jahr am Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut in Berlin und optimierte dort Materialsysteme für photoleit

von Till Conrad

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