In het dagelijkse leven, lasers kennen we uit tal van toepassingen zoals de laserprinter of de supermarktscanner. industrieel, lasers worden gebruikt in materiaalverwerking voor snijden, boren en labelen, en in de geneeskunde voor diagnostische en therapeutische procedures. Ook in wetenschappelijk onderzoek zijn laserspectroscopiemethoden onmisbaar.

Theoretisch onderwijs in de optica is gevestigd op scholen, universiteiten en industrieterreinen. Echter, het is een uitdaging om de opzet en de juiste behandeling van optische experimenten te onderwijzen en te leren. Door de hoge kosten, apparatuur en onderwijzend personeel zijn meestal beperkt. In aanvulling, laserstraling is gevaarlijk, dus strikte oogveiligheidsprotocollen moeten worden gevolgd.

Nieuwe onderwijsaanpak in virtual reality

Nutsvoorzieningen, wetenschappers van de Julius-Maximilians-Universiteit (JMU) van Würzburg hebben het nieuwe virtual-reality (VR) laserlaboratorium "femtoPro" ontwikkeld. In femtoPro, gebruikers dragen een VR-bril en manipuleren optische elementen op een VR-lasertafel. Op deze manier, de grove en fijne positionering van spiegels, lenzen, irisopeningen of andere apparaten kunnen intuïtief en met dezelfde aandacht voor detail worden gewijzigd als in het echte laboratorium. De eigenschappen en effecten van deze elementen op de laserstraal worden volgens natuurkundige wetten in realtime berekend en weergegeven.

"Vliegsimulatoren zijn onmisbaar geworden voor de realistische praktijkopleiding van piloten. We hebben dit concept nu voor het eerst wereldwijd toegepast op kortepulslasers, " legt professor Tobias Brixner uit, een van de femtoPro-ontwikkelaars en hoofd van de leerstoel Fysische Chemie I aan de JMU Würzburg, wiens onderzoek zich richt op ultrakorte laserpulsen.

Lage kosten ondanks hoge complexiteit

De moeilijkheid met de VR-aanpak is dat, in tegenstelling tot wat vaak wordt gedacht, laserstralen zijn niet alleen "lijnvormig, " maar hebben een "Gaussiaanse" doorsnede waarvan de diameter groter en kleiner kan worden naarmate ze zich voortplanten. Bovendien, de interactie met materie is zeer complex en omvat algemeen bekende verschijnselen zoals breking van licht op een glas, evenals niet-lineaire optica die leidt tot frequentieconversie (d.w.z. kleur verandering). Als resultaat, nauwkeurige simulatie is meestal erg tijdrovend.

"Om een ​​interactief leerlab voor dergelijke optische systemen in VR te realiseren, we moesten de nodige berekeningen versnellen zodat ze in realtime draaien op een commercieel verkrijgbaar VR-platform voor consumenten, " legt samenwerkingspartner professor Sebastian von Mammen uit, hoofd van de Games Engineering-groep bij de Computer Science Chair for Human-Computer Interaction bij JMU. Als resultaat, de aanschafkosten van het virtuele lab bedragen slechts een paar honderd euro, terwijl een echt kortepulslaserlab een investering van honderdduizenden euro's zou vergen.

Productlancering op het evenement "Highlights der Physik"

Na twee jaar ontwikkelingswerk, de eerste versie van femtoPro zal nu voor het eerst aan het publiek worden gepresenteerd op het evenement "Highlights der Physik" in Würzburg. Als onderdeel van een grote doe-expositie op de markt van 28 september tot 2 oktober, 2021, geïnteresseerden kunnen zelf een VR-bril opzetten op stand B2 ("May the Force be with you! - Lightsaber and Laser Pulses") en experimenteren met lasers in het virtuele laboratorium.