Im Fokus des Projekts DIRECTS („Direct Temporal Synthesis of Terahertz Light Fields Enabling Novel Computational Imaging“) steht die Erforschung eines komplett neuen Ansatzes, mit dem sich zukünftig das Potenzial von Terahertz-Strahlung bei der Erstellung von 3D-Bildern besser ausschöpfen lassen soll. Terahertz-Strahlung ist deshalb so interessant, da sie es unter anderem ermöglich kann, ins Innere undurchsichtiger Objekte zu sehen und dabei unbedenklich für den Menschen ist – anders als Röntgenstrahlung. „Terahertz-Wellen weisen eine einzigartige Wechselwirkung mit Materie auf und gehen durch Materialien wie Pappe, Kunststoff, Keramik, Papier, Stoff usw. hindurch“, so Prof. Pfeiffer. In der Theorie eröffnet das zahlreiche interessante Anwendungsmöglichkeiten, beispielsweise in der industriellen Qualitätskontrolle oder bei Sicherheitsscreenings, wie dem Durchleuchten eines Briefumschlags oder von Gepäck am Flughafen.

Doch es gibt Haken: Die in der natürlichen Umgebung vorkommende Terahertz-Strahlung ist sehr schwach, zudem steckt der Herstellungsprozess von kompakten und leistungsstarken Sender- und Empfängergeräten für den Terahertz-Frequenzbereich noch in den Anfängen. Gut erkennbare 3D-Aufnahmen durch undurchsichtige Materialien hindurch sind aktuell noch undenkbar.

Hier will Prof. Pfeiffer mit seinem Team zu einem technologischen Durchbruch gelangen: „Wir wollen dafür sorgen, dass es möglich wird, Objekte mit Terahertz-Licht zu durchfluten und damit die Voraussetzung für zukünftige 3D-Bildgebungsverfahren schaffen.“ Im Mittelpunkt stehen dabei so genannte Lichtfelder, die eine Grundlage für die dreidimensionale Visualisierung von Objekten sind. „Ihre Nutzung im sichtbaren Spektralbereich ist bereits möglich. Lichtfeldkameras zum Beispiel erfassen eine Szenerie aus verschiedenen Blickwinkeln. Die Aufnahmen enthalten dadurch auch Informationen über die Bildtiefe. Das nötige sichtbare Licht zur Beleuchtung der Szenerie kommt aus der Umgebung – von der Sonne oder auch einer Glühbirne“, so Pfeiffer. Im Terahertz-Bereich fehlt diese Beleuchtung, die natürlichen Terahertz-Wellen sind zu schwach – und wo kein Licht, da kein Bild.

Sein Ansatz sieht vor, tausende leistungsfähige Strahlungsquellen und Detektoren für den Terahertz-Bereich handhabbar zu kombinieren und so einen Lichtfeldraum zu konstruieren, der für spätere 3D-Bildaufnahmen auch über eine ausreichend hohe Gesamtzahl an Pixeln verfügt. Ziel der Wuppertaler Wissenschaftler ist es, das Lichtfeldsystem im Rahmen von DIRECTS mathematisch zu erfassen, um die optimale Anordnung aller dafür benötigten Komponenten berechnen zu können. Erst dadurch werden Bilder vom scheinbar Unsichtbaren mit ausreichenden Bildpunkten in 3D realisierbar.

„DIRECTS ermöglicht es uns, unabhängig und langfristig die Grundlagenforschung im hochinteressanten Terahertz-Frequenzbereich voranzutreiben. Für die Industrie wird sich daraus zukünftig eine Vielzahl nützlicher Anwendungsmöglichkeiten ergeben“, so Prof. Pfeiffer.

Zu seiner Auszeichnung mit dem ERC Advanced Grant gratulierten ihm Uni-Rektor Prof. Dr. Lambert T. Koch und Prof. Dr. Michael Scheffel, Prorektor für Forschung, Drittmittel und Graduiertenförderung, am Donnerstagnachmittag im Namen der gesamten Unileitung. Dabei betonten sie den enormen Stellenwert der mit der Förderung verbundenen nationalen und internationalen Anerkennung und deren Bedeutung für die Bergische Universität: „Das ist ein weiterer Meilenstein auch in der Geschichte der BUW-EU-Förderung; vor allem aber bedeutet es eine erneute Bestätigung der herausragenden wissenschaftlichen Qualität der Arbeiten von Professor Pfeiffer und seinen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf dem Gebiet der Terahertz-Forschung, die uns sehr freut und auf die wir als Universität stolz sind.“