femtoProist ein interaktiver Femtosekundenlaserlabor-Simulator in virtueller Realität (VR). Darin folgen Anwender Schritt-für-Schritt-Anleitungen und lernen, komplexe Laserexperimente augensicher aufzubauen und damit umzugehen.
Werde ein Femtosekundenlaser-Profi mit femtoPro
Laser sind im täglichen Leben, in der wissenschaftlichen Forschung und in vielen Anwendungen allgegenwärtig. Während die theoretische Ausbildung in Optik und Photonik an Schulen, Universitäten und in der Industrie gut etabliert ist, ist es eine Herausforderung, den praktischen und richtigen Umgang mit Lasern und optischen Experimenten effizient zu vermitteln. Aufgrund der hohen Kosten stehen typischerweise nur begrenzte Hardwareressourcen und Lehrpersonal zur Verfügung. Darüber hinaus ist Laserstrahlung gefährlich und erfordert die Umsetzung strenger Augenschutzprotokolle.
Wir haben das Virtual-Reality-(VR-)Femtosekunden-Laserlabor femtoPro entwickelt. Darin tragen Nutzer eine VR-Brille und interagieren mit optischen Elementen auf einem VR-Lasertisch (siehe Hauptseite für kurzes Demonstrationsvideo). So ist es möglich, auf intuitive Weise das Positionieren und Ausrichten von Spiegeln, Linsen, Irisblenden und anderen mechanischen oder optoelektronischen Geräten zu erlernen. Die Wirkung aller optischen Elemente auf den Laserstrahl wird in Echtzeit berechnet und angezeigt, sodass Verfahren wie in einem echten Labor trainiert werden können. Materialdispersion und nichtlineare optische Phänomene werden unter Berücksichtigung der Femtosekunden-Pulseigenschaften berücksichtigt.
femtoPro läuft auf gängigen VR-Hardwareplattformen.
Features
- Echtzeitsimulation der Laserstrahlausbreitung unter Berücksichtigung endlicher Gaußscher Strahlprofile
- Immersive, aber augensichere Virtual-Reality-(VR-)Laborumgebung zum Erlernen und Üben des Umgangs mit (gepulsten) Lasern
- Visualisierung von ganzen Strahlen oder nur Streuquerschnitten
- Interaktive Positionierung optischer Elemente wie Spiegel, Linsen oder Irisblenden
- Feinjustierschrauben mit realistischen Interaktionen
- Simulation der Propagation von Femtosekunden-Laserpulsen einschließlich Materialdispersion
- Berücksichtigung von molekularen Proben über den Response-Function-Formalismus
- Erzeugung von Summenfrequenz und Frequenzverdopplung in nichtlinearen Kristallen unter Berücksichtigung von räumlicher und zeitlicher Überlappung
- Spektrometer, Leistungsmesser, optische Verzögerungsstrecken und VR-Messsoftware zur Simulation zeitaufgelöster Experimente
- Tutorials mit Schritt-für-Schritt-Anleitungen für automatisiertes Lernen
Trainings-Missionen
- Sicherer Umgang mit Laserstrahlen
- Strahlausrichtung auf Blenden und Linsen
- Galilei-, Kepler- und Spiegel-Teleskope
- Optische Verzögerungsstrecken mit einem oder zwei Spiegeln
- Michelson- und Mach–Zehnder-Interferometer
- Spektrale Interferenz
- Frequenzverdopplung
Ausgewählte Anwendungsbeispiele
- Eigenständiges oder ergänzendes Bachelor- oder Master-Praktikum zu Optik und Laserspektroskopie für Studierende der Natur- und Ingenieurswissenschaften
- Vorlesungsbegleitende praktische Übungen
- Konsistente Einweisung in die Funktion und Justage optischer Aufbauten für neue Mitglieder wissenschaftlicher Arbeitsgruppen
- Schülerpraktika zum spielerischen Erlernen optischer Phänomene wie der Funktion einer Linse oder eines Teleskops
- Schulung von technischem Personal der Laser- und Photonikbranche in der Handhabung und der Justage komplexer optischer Systeme
- Praktische Ergänzung von Lasersicherheitsunterweisungen
Quelle:
