Terahertz (THz)

Terahertzen er en frekvensenhed, der svarer til tusind milliarder hertz. Symbolet er THz. Den optager kløften mellem de højeste radiofrekvenser og det laveste infrarøde lys, et område, der i størstedelen af det tyvende århundrede var så svært at frembringe eller påvise, at det blev kaldt terahertzkløften.

Vanskeligheden var praktisk og ikke teoretisk. Elektroniske oscillatorer løber tør over nogle hundrede gigahertz, fordi ladningsbærerne ikke når at svare, mens optiske kilder som lasere mister virkningsgrad under det infrarøde. Båndet derimellem havde ingen bekvem teknik på nogen af siderne og forblev i årtier den mindst udforskede del af det elektromagnetiske spektrum.

Det ændrede sig med ultrahurtige lasere og fotoledende antenner, der frembringer terahertzimpulser ved at belyse en halvleder med en laserimpuls på få femtosekunder. Terahertzspektroskopi i tidsdomænet måler i dag materialers svar over hele båndet, og teknikken er blevet et gængs redskab i materialevidenskaben.

Sikkerhedskontrol er den mest kendte anvendelse. Terahertzstråling går gennem tøj, papir, plast og keramik, men standses af metal og opsuges af vand, og dens energi pr. foton er alt for lav til at ionisere noget, så den kan afbilde skjulte genstande uden røntgenstrålingens risici. Kropsskannere i lufthavne bygger på det princip.

Molekylspektroskopien bruger båndet, fordi mange store molekyler har rotations- og vibrationstilstande her. Sprængstoffer og narkotika har karakteristiske terahertzsignaturer, og teknikken bruges i lægemiddelindustriens kvalitetskontrol til at skelne krystalformer, som andre metoder gør ens. Kunstkonservering anvender den til at se under farvelag uden at røre et lærred.

Astronomien observerer ved disse frekvenser fra høje, tørre steder eller fra kredsløb, fordi atmosfærens vanddamp opsuger terahertzstråling kraftigt. Koldt støv og molekylgas i stjernedannende områder stråler her, og derfor bygges observatorier i stor højde i Chile og ved Sydpolen.

Kommunikationsforskningen er begyndt at trænge ind i båndet. Datatakter vokser med den rådige båndbredde, og over 100 gigahertz er der langt mere plads end derunder, så laboratorier har vist trådløse forbindelser, der bærer hundreder af gigabit i sekundet ved frekvenser nær en terahertz. Hindringen er, at vanddamp stærkt opsuger disse bølger og begrænser en forbindelse til nogle hundrede meter i klar luft og til betydeligt mindre i regn. Det binder teknikken til korte spring: forbindelser mellem tagantenner, strækninger inde i et datacenter, eller den sidste strækning mellem en lygtepæl og en bygning, og ikke noget der ligner en radioudsendelse.

Én terahertz svarer til tusind milliarder hertz, 1000 gigahertz eller en bølgelængde på cirka 0,3 millimeter.

Omregningstabel for Terahertz