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 fur elektromagnetische Strahlung, sondern auch extrem empfindliche Detektoren fur 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 fur diese Arbeit hergestellt wurden. Sie sind nur einige _m breit und wurden bis auf eine Temperatur von 35 K gekuhlt. 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 fur die Messungen umgebaut, verbessert und fur FIR-Messungen erweitert. Als Strahlungsquelle wurde ein optisch gepumptes FIR-Gaslasersystem aufgebaut, das von einem CO2-Laser gepumpt wurde. Fur 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 ubertragen. So konnten die gausformigen Strahleigenschaften der Laserstrahlung bei der Ubertragung erhalten werden. Auch die Strahlungsubertragung mit einem uberdimensionierten, 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 Uberblick uber die Leistungsverteilung der Strahlung — im Nah- und im Fernfeld — gewonnen werden. Durch eine Kalibrierung ist es moglich zu bestimmen, wie viel Leistung eine Antenne in den Freiraum abstrahlt. Auch magnetische Proben wurden untersucht. Verschiedene Ursachen der Auflosungsbegrenzung des THz-Mikroskops werden diskutiert.