在日常生活中，激光有許多應用，如激光打印機或超市掃描儀。在工業(yè)上，激光用于切割、鉆孔和打標的材料加工，以及用于醫(yī)學診斷和治療。激光光譜學在科學研究中也不可或缺。

光學理論教育在高校和企業(yè)等多地建立，然而，光學設備和實驗的正確處理的“教學”又與傳統(tǒng)教學不同，極具挑戰(zhàn)性。由于成本高，設備較有限，教學人員也缺乏。此外，激光輻射危險，因此必須遵守嚴格的眼睛安全規(guī)程。

虛擬實驗室展示

虛擬現(xiàn)實中的教學新方法

現(xiàn)在，維爾茨堡大學(Julius-Maximilians-University,JMU)的科學家們已經(jīng)開發(fā)出了新穎的虛擬現(xiàn)實激光實驗室——“femtoPro”。在femtoPro中，用戶戴著虛擬現(xiàn)實護目鏡，在虛擬現(xiàn)實激光臺上操縱光學元件。通過這種方式，可以直觀地改變透鏡、光圈或其他設備的配置，并像在真實實驗室中一樣聚焦細節(jié)。這些配置對激光束性質等的影響可根據(jù)物理定律實時計算和顯示的。

femtoPro的開發(fā)者之一、JMU物理化學系主任、專門研究超短激光脈沖的Tobias Brixner教授解釋道: “飛行模擬已經(jīng)成為飛行員實踐訓練不可或缺的工具。我們現(xiàn)在在全球范圍內首次將模擬這一概念應用于短脈沖激光器。”

雖然復雜，但成本低

VR的挑戰(zhàn)在于，與大家的普遍看法相反，激光束不僅僅是“線形的”，而且具有“高斯橫截面”，其直徑隨著傳播而進行變化。此外，光與物質的相互作用非常復雜，比如那些大家廣為人知的現(xiàn)象——光在玻璃上的折射，以及導致頻率轉換(即顏色變化)的非線性光學。因此，精確的模擬通常非常耗時。

合作伙伴Sebastian von Mammen教授解釋說：“為了在虛擬現(xiàn)實中實現(xiàn)這種光學系統(tǒng)的交互式學習實驗室，我們必須加速必要的計算，以便它們在商業(yè)化VR平臺上實時運行。虛擬實驗室的采購成本只有幾百歐元，而真正的短脈沖激光實驗室需要幾十萬歐元的投資。

可行的教學和培訓數(shù)字化在當代是一個重要的問題，也很必要！新冠肺炎對中小學和大學的限制尤其清楚地表明了這一點。化學工業(yè)基金會(FCI)宣布為該項目提供財政支持。未來，femtoPro不僅將用于維爾茨堡的教學，還將提供給其他大學或學校。

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