THz-Mikroskopie mit supraleitenden Josephson-Cantilevern und optisch gepumptem Ferninfrarot- Gaslasersystem

In dieser Arbeit wurde die Einkopplung von Fern-Infrarot-Strahlung (FIR-Strahlung) in supraleitende Josephson-Kontakte untersucht. Diese sind nicht nur extrem empfindliche Detektoren für elektromagnetische Strahlung, sondern auch extrem empfindliche Detektoren für quasistatische Magnetfelder. Verschiedene Antennen wurden simuliert und gebaut, um die Strahlungsleistung optimal in die Josephson-Kontakte einzukoppeln.Es wurden Korngrenzenkontakte aus dem Hochtemperatursupraleiter YBa2Cu3O7 verwendet, die für diese Arbeit hergestellt wurden. Sie sind nur einige _m breit und wurden bis auf eine Temperatur von 35 K gekühlt. Jeweils zwei solcher Kontakte befinden sich auf einem Cantilever, der daher Josephson-Cantilever genannt wird. Durch eine Verfahrmechanik im THz-Mikroskop ist der Josephson-Cantilever in dem Messvolumen in einer magnetischen Abschirmung verfahrbar. Das THz-Mikroskop selbst entstand in zwei vorhergehenden Dissertationen und wurde für die Messungen umgebaut, verbessert und für FIR-Messungen erweitert. Als Strahlungsquelle wurde ein optisch gepumptes FIR-Gaslasersystem aufgebaut, das von einem CO2-Laser gepumpt wurde. Für die beiden Laser wurden Regelkreise aufgebaut, um die Ausgangsleistung von einigen mW im Frequenzbereich von 462 GHz bis 7104 GHz zu stabilisieren. Ein quasioptisches Linsensystem mit Kunststofflinsen wurde entwickelt, gebaut und untersucht, um die Strahlleistung vom FIR-Lasersystem in das Messvolumen im THz- Mikroskop zu übertragen. So konnten die gaußförmigen Strahleigenschaften der Laserstrahlung bei der Übertragung erhalten werden. Auch die Strahlungsübertragung mit einem überdimensionierten, metallischen, runden Wellenleiter wurde untersucht. Im Messvolumen konnten die Strahlung selbst und angestrahlte Proben im FIRBereich untersucht werden. Durch die schichtweise Aufnahme der Detektormessdaten im Messvolumen konnte ein dreidimensionaler Überblick über die Leistungsverteilung der Strahlung — im Nah- und im Fernfeld — gewonnen werden. Durch eine Kalibrierung ist es möglich zu bestimmen, wie viel Leistung eine Antenne in den Freiraum abstrahlt. Auch magnetische Proben wurden untersucht. Verschiedene Ursachen der Auflösungsbegrenzung des THz-Mikroskops werden diskutiert.