BRDF-Messungen von ultra-schwarzen Materialien mit THz-Quantenkaskadenlasern
Diese Studie, die von Forschern des National Institute of Standards and Technology (NIST) durchgeführt wurde, untersucht die Verwendung eines Terahertz (THz)-Quantenkaskadenlasers (QCL) zur Durchführung von bidirektionalen Reflexionsverteilungsfunktionsmessungen (BRDF) von ultra-schwarzen Materialien. Das Hauptziel besteht darin, die Charakterisierung von super-schwarzen Materialien zu verbessern, die in Detektoren verwendet werden.
Ein weiteres Ziel ist die Entwicklung von Messprotokollen für die dunkelsten schwarzen Absorber. Insbesondere für Anwendungen in THz-Bolometern, wie z. B. solchen, die vertikal ausgerichtete Kohlenstoffnanoröhren (VACNT) verwenden.
Die Forscher betonen die Notwendigkeit präziser Messinstrumente im THz-Bereich, wo herkömmliche Methoden, wie z. B. Integrationskugeln, die im sichtbaren und infraroten (IR) Spektrum verwendet werden, nicht ausreichen. Obwohl diese Methoden in der Regel zur Bewertung von IR-Beschichtungen eingesetzt werden, erfordern ihre Einschränkungen im THz-Bereich alternative Ansätze. Der innovative BRDF-Aufbau des Teams ermöglicht die präzise Winkelcharakterisierung der reflektierten Strahlung, was für die Bewertung der Leistung schwarzer Beschichtungen hinsichtlich der Reduzierung von Reflexionsunsicherheiten und der effektiven Unterdrückung von Streulicht von entscheidender Bedeutung ist.
Der Versuchsaufbau umfasst die Verwendung eines Quantenkaskadenlasers (QCL), der mit einem Single-Mode-Distributed-Feedback (DFB) bei etwa 3,9 THz arbeitet. Die Reflexionen werden von einem speziell angefertigten, schwarz beschichteten VACNT-Bolometer erfasst, das für geringes thermisches Rauschen und hohe Empfindlichkeit bei kryogenen Temperaturen optimiert ist. Diese Detektoren reagieren über einen breiten Spektralbereich und sind für das Verständnis des Streulichtverhaltens in verschiedenen Winkeln unerlässlich. Denn sie ermöglichen eine genaue Messung der Streuung und Reflexion.
Die Forschung demonstriert die Machbarkeit der Erfassung von Winkelreflexionsdaten für eine einfache eloxierte Aluminiumprobe, die als Grundlage für die Validierung der Methode dient. Zukünftige Arbeiten konzentrieren sich auf die Weiterentwicklung von µ-BRDF-Messungen durch die Entwicklung miniaturisierter BRDF-Techniken, die die Charakterisierung von mikroskaligen ultra-schwarzen Materialien ermöglichen. Diese Entwicklungen sind besonders relevant für Fernerkundungsanwendungen, die eine zuverlässige Kontrolle von Streulicht und eine präzise Wärmeregulierung erfordern.
Die Technologie von Acktar spielt eine entscheidende Rolle in ähnlichen Messumgebungen, insbesondere dort, wo Streulichtunterdrückung und tiefschwarze Oberflächen von entscheidender Bedeutung sind. Die Innovationen der Studie schaffen die Voraussetzungen für eine breitere Anwendung von BRDF-Methoden zur Charakterisierung von super-schwarzen Materialien und schwarzen Beschichtungen, wie sie beispielsweise von Acktar verwendet werden.
Patrick McArdle, Bradley Pelz, Chris Yung, Nathan Tomlin, John Lehman, and Michelle Stephens „BRDF measurements of ultrablack materials with THz quantum cascade lasers“, Proc. SPIE 13365, Terahertz, RF, Millimeter, and Submillimeter-Wave Technology and Applications XVIII, 133650M (19 March 2025); https://doi.org/10.1117/12.3043443
