Features
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.
Erhältlich für Oculus/Meta- und Pico-VR-Endgeräte.
Liste der Features
femtoPro Feature | Vollversion |
Echtzeitsimulation | ✔ |
Gaußsche Strahlprofile | ✔ |
Immersive Virtual-Reality-(VR-)Laborumgebung | ✔ |
Visualisierung von ganzen Strahlen oder Streuquerschnitten | ✔ |
Lineare Optiken (Spiegel, Linsen, Irisblenden, Strahlteiler, etc.) | ✔ |
Freie Platzierung optischer Elemente (Position, Höhe, Winkel) | ✔ |
Feinjustierschrauben mit realistischen Interaktionen | ✔ |
CW- oder Femtosekunden-Laser inklusive Materialdispersion | ✔ |
Detektoren (Spektrometer, Leistungsmesser) | ✔ |
Berücksichtigung räumlicher und zeitlicher Überlappung | ✔ |
Berücksichtigung interferometrischer Effekte | ✔ |
Schritt-für-Schritt-Tutorials zur Grundfunktionalität von femtoPro | ✔ |
Umfangreiche Tutorials für automatisierte Lehre und Ausbildung | ✔(1) |
Computergesteuerte Verzögerungsstrecken | ✔ |
Summenfrequenz und Frequenzverdopplung in nichtlinearen Kristallen | ✔ |
Molekulare Absorption mittels Response-Function-Formalismus | ✔ |
Nichtlineare Antwort für transiente Absorption, 2D Spektroskopie, etc. | ✔(2) |
Multiplayer-Modus für Fernunterricht und Kollaboration in einem Labor | ✔(2) |
(1) Siehe exemplarische Liste im nächsten Abschnitt "Tutorials".
(2) In Entwicklung.
Tutorials
- Sicherer Umgang mit Laserstrahlen
- Strahlausrichtung auf Blenden
- Linsen und Strahlteiler
- Kepler-, Galilei- 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 sowie Nutzern in der Handhabung und der Justage komplexer optischer Systeme
- Praktische Ergänzung von Lasersicherheitsunterweisungen
Aktuelle Einschränkungen (kann sich mit der Weiterentwicklung ändern)
- Kein Astigmatismus (Strahlen werden als radialsymmetrisch behandelt)
- Keine Polarisation (elektrische Felder werden als Skalare behandelt)
- Keine Beugung (Abschneiden von Strahlen wird auf effektive geometrische Weise behandelt, wobei ein Gaußsches Strahlprofil beibehalten wird)
Versionsverlauf
Neu: Verlängertes Ende der kostenlosen Nutzungsdauer bis zum 31. Juli 2023
Neu: Verlängertes Ende der kostenlosen Nutzungsdauer bis zum 30. April 2023
Neu: Verlängertes Ende der kostenlosen Nutzungsdauer bis zum 31. Januar 2023
- Neu: Ausführbare Installationsdatei
- Neu: Tutorials 7 - 23
- Neu: Zwei neue Sandbox-Level
- Neu: Computergesteuerte Verzögerungsstrecken, nichtlineare Kristalle, Wellenlängen-Filter
- Neu: Eindringlichere Warnungen bei Lasersicherheitsverstößen
- Neu: Anzeige der Propagationszeit auf der Justierkarte
- Neu: Hervorhebung von nicht-justierbaren optischen Elementen
- Verbessert: Layout und Bedienbarkeit des Levelordners
- Verbessert: Texturen, welche die Steuerung anzeigen
- Verbessert: Design des Strahlteilers
- Verbessert: Erscheinungsbild von Aufgaben auf dem Whiteboard
- Verbessert: Wanduhr
- Verbessert: Benutzeroberflächen des Spektrometers und des Leistungsmessers
- Verbessert: Haptisches Feedback
- Verbessert: Lesbarkeit der Beschriftungen auf optischen Elementen
- Verbessert: Abstand zwischen Schraublöchern auf dem Lasertisch beträgt nun 2,5 cm
- Verbessert: Positionierung der Lasertischschutzvorrichtungen
- Verbessert: Formulierung von Aufgaben
- Verbessert: Schwierigkeit in Tutorial 6
- Verbessert: Minimaler Irisöffnungsdurchmesser beträgt nun 0,75 mm (wie bei realen Irisblenden)
- Behoben: Verschwinden von Whiteboard-Inhalt und des Ziffernblatts, wenn Laserstrahl auf Whiteboard trifft
- Behoben: Fehler beim Soundfeedback
- Behoben: Es wurde ein Fehler behoben, der dazu führte, dass Querschnitte auf dem Lineal nicht sichtbar waren
- Behoben: Es wurde ein Fehler behoben, der dazu führte, dass sich die Laserindexnummer bei jedem Neustart eines Levels um zwei erhöhte
- Verbessert: Level-Navigation mit dem Ordner
- Verbessert: Bezeichnung optischer Elemente
- Behoben: Es wurde ein Fehler behoben, der dazu führte, dass stets eine Energie von Null in der Benutzeroberfläche des Spektrometers angezeigt wurde
- Neu: Missionssystem mit automatisierter Erfolgskontrolle
- Neu: Grundlegende Missionen zur Erlernung der Bedienung von femtoPro
- Neu: "Sandbox"-Modus mit vordefinierten optischen Elementen
- Neu: Femtosekunden-Pulseigenschaften
- Neu: Strahlteiler
- Neu: Summenfrequenzerzeugung
- Neu: Interferenzeffekte
- Neu: Computergesteuerte Verzögerungsstrecke
- Neu: Missionen zur linearen Optik
- Verbessert: Komplett neue Codebasis
- Verbessert: Beschriftung optischer Elemente
- Verbessert: Feinjustage-Prozeduren
- Neu: Erster funktionierender Demonstrator mit Spiegeln und Linsen
- Neu: Eine Beispielmission mit automatisierter Erfolgskontrolle