Verdenspremiere for virtuelt laserlab femtoPro

I hverdagen, vi kender lasere fra adskillige applikationer såsom laserprinteren eller supermarkedsscanneren. Industrielt, lasere bruges i materialebearbejdning til skæring, boring og mærkning, og i medicin til diagnostiske og terapeutiske procedurer. Laserspektroskopimetoder er også uundværlige i videnskabelig forskning.

Der etableres teoretisk uddannelse i optik på skolerne, universiteter og industriområder. Imidlertid, det er udfordrende at undervise og lære opsætning og korrekt håndtering af optiske eksperimenter. På grund af høje omkostninger, udstyr og undervisningspersonale er normalt begrænset. Ud over, laserstråling er farlig, så strenge øjensikkerhedsprotokoller skal følges.

Ny undervisningstilgang i virtual reality

Nu, forskere ved Julius-Maximilians-Universitetet (JMU) i Würzburg har udviklet det nye virtual-reality (VR) laserlaboratorium "femtoPro." I femtoPro, brugere bærer VR-briller og manipulerer optiske elementer på et VR-laserbord. På denne måde den grove og fine placering af spejle, linser, irisåbninger eller andre enheder kan ændres intuitivt og med samme sans for detaljer som i det rigtige laboratorium. Egenskaberne og virkningerne af disse elementer på laserstrålen beregnes og vises i realtid i henhold til fysiske love.

"Flysimulatorer er blevet uundværlige for realistisk praktisk træning af piloter. Vi har nu anvendt dette koncept på kortpulslasere for første gang i hele verden, " forklarer professor Tobias Brixner, en af ​​femtoPro-udviklerne og leder af Chair of Physical Chemistry I ved JMU Würzburg, hvis forskning fokuserer på ultrakorte laserimpulser.

Lave omkostninger på trods af høj kompleksitet

Vanskeligheden ved VR-tilgangen er, at i modsætning til populær tro, laserstråler er ikke kun "linjeformede, " men har et "Gaussisk" tværsnit, hvis diameter kan blive større og mindre, efterhånden som de udbreder sig. interaktionen med stof er meget kompleks og omfatter almindeligt kendte fænomener som lysbrydning på et glas, såvel som ikke-lineær optik, der fører til frekvenskonvertering (dvs. farveændring). Som resultat, nøjagtig simulering er normalt meget tidskrævende.

"For at realisere et interaktivt læringslaboratorium for sådanne optiske systemer i VR, vi var nødt til at fremskynde de nødvendige beregninger, så de kører i realtid på en kommercielt tilgængelig forbruger-VR-platform, " forklarer samarbejdspartner professor Sebastian von Mammen, leder af Games Engineering-gruppen ved Computer Science Chair for Human-Computer Interaction på JMU. Som resultat, anskaffelsesomkostningerne for det virtuelle laboratorium beløber sig til kun et par hundrede euro, mens et rigtigt kortpulslaserlaboratorium ville kræve en investering på hundredtusindvis af euro.

Produktlancering ved begivenheden "Highlights der Physik".

Efter to års udviklingsarbejde, den første version af femtoPro vil nu blive præsenteret for offentligheden for første gang ved begivenheden "Highlights der Physik" i Würzburg. Som en del af en stor hands-on udstilling på markedspladsen fra 28. september til 2. oktober, 2021, interesserede kan selv tage VR-briller på på stand B2 ("May the Force be with you! - Lightsaber and Laser Pulses") og eksperimentere med lasere i det virtuelle laboratorium.