Na vida cotidiana, conhecemos os lasers de várias aplicações, como a impressora a laser ou o scanner de supermercado. Industrialmente, lasers são usados ​​no processamento de materiais para corte, perfuração e rotulagem, e na medicina para procedimentos diagnósticos e terapêuticos. Os métodos de espectroscopia a laser também são indispensáveis ​​na pesquisa científica.

O ensino teórico em óptica é estabelecido nas escolas, universidades e instalações industriais. Contudo, é um desafio ensinar e aprender a configuração e o manuseio adequado de experimentos ópticos. Devido aos altos custos, o equipamento e o corpo docente são geralmente limitados. Além disso, a radiação laser é perigosa, portanto, protocolos estritos de segurança ocular devem ser seguidos.

Nova abordagem de ensino em realidade virtual

Agora, cientistas da Julius-Maximilians-University (JMU) de Würzburg desenvolveram o novo laboratório de laser de realidade virtual (VR) "femtoPro". No femtoPro, os usuários usam óculos de realidade virtual e manipulam elementos ópticos em uma mesa de laser de realidade virtual. Desta maneira, o posicionamento grosso e fino de espelhos, lentes, as aberturas da íris ou outros dispositivos podem ser alterados intuitivamente e com a mesma atenção aos detalhes como no laboratório real. As propriedades e efeitos desses elementos no feixe de laser são calculados e exibidos em tempo real de acordo com as leis físicas.

"Simuladores de vôo se tornaram indispensáveis ​​para o treinamento prático realista de pilotos. Agora aplicamos este conceito a lasers de pulso curto pela primeira vez em todo o mundo, "explica o Professor Tobias Brixner, um dos desenvolvedores do femtoPro e chefe da cadeira de Físico-Química I do JMU Würzburg, cuja pesquisa se concentra em pulsos de laser ultracurtos.

Custos baixos apesar da alta complexidade

A dificuldade com a abordagem de RV é que, contrário à crença popular, feixes de laser não são apenas "em forma de linha, ", mas têm uma seção transversal" Gaussiana "cujo diâmetro pode ficar maior e menor à medida que se propagam. Além disso, a interação com a matéria é altamente complexa e inclui fenômenos amplamente conhecidos, como a refração da luz em um vidro, bem como óptica não linear que leva à conversão de frequência (ou seja, mudança de cor). Como resultado, a simulação precisa geralmente consome muito tempo.

"A fim de realizar um laboratório de aprendizado interativo para tais sistemas ópticos em RV, tivemos que acelerar os cálculos necessários para que eles funcionassem em tempo real em uma plataforma de realidade virtual comercialmente disponível, "explica o parceiro de cooperação Professor Sebastian von Mammen, chefe do grupo de Engenharia de Jogos da Cátedra de Ciência da Computação para Interação Humano-Computador da JMU. Como resultado, os custos de aquisição do laboratório virtual ascendem a apenas algumas centenas de euros, enquanto um verdadeiro laboratório de laser de pulso curto exigiria um investimento de centenas de milhares de euros.

Lançamento do produto no evento "Highlights der Physik"

Após dois anos de trabalho de desenvolvimento, a primeira versão do femtoPro será agora apresentada ao público pela primeira vez no evento "Highlights der Physik" em Würzburg. Como parte de uma grande exposição prática no mercado de 28 de setembro a 2 de outubro, 2021, os interessados ​​podem colocar óculos de realidade virtual no estande B2 ("Que a Força esteja com você! - Sabre de luz e pulsos de laser") e fazer experiências com lasers no laboratório virtual.