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