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  • 虚拟激光实验室“femtoPro”全球首演

    作者:光行天下小萌新译 来源:物理学家组织网 时间:2021-09-28 16:38 阅读:1272 [投稿]
    维尔茨堡大学的科学家们开发出了新颖的虚拟现实(VR)激光实验室——“femtoPro”,可用于教学和科研,成本更低、也更安全。

    在日常生活中,激光有许多应用,如激光打印机或超市扫描仪。在工业上,激光用于切割、钻孔和打标的材料加工,以及用于医学诊断和治疗。激光光谱学在科学研究中也不可或缺。

    光学理论教育在高校和企业等多地建立,然而,光学设备和实验的正确处理的“教学”又与传统教学不同,极具挑战性。由于成本高,设备较有限,教学人员也缺乏。此外,激光辐射危险,因此必须遵守严格的眼睛安全规程。


    虚拟实验室展示

    虚拟现实中的教学新方法

    现在,维尔茨堡大学(Julius-Maximilians-University,JMU)的科学家们已经开发出了新颖的虚拟现实激光实验室——“femtoPro”。在femtoPro中,用户戴着虚拟现实护目镜,在虚拟现实激光台上操纵光学元件。通过这种方式,可以直观地改变透镜、光圈或其他设备的配置,并像在真实实验室中一样聚焦细节。这些配置对激光束性质等的影响可根据物理定律实时计算和显示的。

    femtoPro的开发者之一、JMU物理化学系主任、专门研究超短激光脉冲的Tobias Brixner教授解释道: “飞行模拟已经成为飞行员实践训练不可或缺的工具。我们现在在全球范围内首次将模拟这一概念应用于短脉冲激光器。”

    虽然复杂,但成本低

    VR的挑战在于,与大家的普遍看法相反,激光束不仅仅是“线形的”,而且具有“高斯横截面”,其直径随着传播而进行变化。此外,光与物质的相互作用非常复杂,比如那些大家广为人知的现象——光在玻璃上的折射,以及导致频率转换(即颜色变化)的非线性光学。因此,精确的模拟通常非常耗时。

    合作伙伴Sebastian von Mammen教授解释说:“为了在虚拟现实中实现这种光学系统的交互式学习实验室,我们必须加速必要的计算,以便它们在商业化VR平台上实时运行。虚拟实验室的采购成本只有几百欧元,而真正的短脉冲激光实验室需要几十万欧元的投资。

    可行的教学和培训数字化在当代是一个重要的问题,也很必要!新冠肺炎对中小学和大学的限制尤其清楚地表明了这一点。化学工业基金会(FCI)宣布为该项目提供财政支持。未来,femtoPro不仅将用于维尔茨堡的教学,还将提供给其他大学或学校。

    相关链接:https://phys.org/news/2021-09-world-premiere-virtual-laser-lab.html

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