DPG-Lehrpreis für Würzburger Forscher
Die Entwicklung des virtuellen Laserlabor-Simulators „femtoPro“ wurde mit dem Lehrpreis 2026 der AG Physikalische Praktika ausgezeichnet.
In einer Kooperation des Instituts für Physikalische und Theoretische Chemie und des Instituts für Informatik der Universität Würzburg haben Professor Tobias Brixner, Stefan Müller und Sebastian von Mammen mit ihren Teams seit 2020 ein simuliertes Laserlabor in Virtueller Realität entwickelt. Damit lässt sich der sichere Umgang mit Laserstrahlung in der Praxis erlernen. Universitäten, Schulen und Industrieunternehmen setzen die Würzburger Software mittlerweile an zahlreichen Standorten weltweit ein.
Für ihre Entwicklung haben die drei Partner nun den Lehrpreis 2026 der DPG-Arbeitsgruppe Physikalische Praktika erhalten. Sie nahmen die Auszeichnung auf der Jahrestagung der Gesellschaft entgegen, die vim September 2026 an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg stattfand.
Laser sind aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken. Sie stecken in Scannern, Druckern und Unterhaltungsmedien. Sie kommen in der industriellen Fertigung, der medizinischen Diagnostik oder bei Augenoperationen zum Einsatz. In der wissenschaftlichen Forschung werden Laser breitgefächert verwendet, von der Physik über die Chemie und Biologie bis zu den Materialwissenschaften. Entsprechend sind die theoretischen optischen Grundlagen der Lasertechnik zentrale Bestandteile der Lehre an Schulen und Universitäten.
Allerdings bleibt es eine Herausforderung, den augensicheren Umgang mit Laserstrahlung in der Praxis zu erlernen. Bei unsachgemäßer Nutzung besteht ein hohes Gefährdungspotenzial: Selbst wenn ein Laserstrahl nur diffus reflektiert wird, kann er bereits ernsthafte Verletzungen hervorrufen, insbesondere im Auge.
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Großgeräte wie Femtosekundenlaser, die extrem kurze Lichtblitze erzeugen, sind oft durch die Forschung voll ausgelastet, sodass sie für die Lehre nicht zur Verfügung stehen. Dazu kommt, dass der Aufbau wissenschaftlicher Experimente hochkomplex ist und viel Erfahrung bei der Justierung erfordert. Es entsteht ein „zirkuläres Problem“, wie Physiker Tobias Brixner erklärt: „Ohne praktische Erfahrung kann man nicht sicher mit dem Laser arbeiten, und ohne mit dem Laser zu arbeiten, erhält man keine praktische Erfahrung.“
Die drei Preisträger haben eine Lösung gefunden, die sich in anderen Bereichen bereits bewährt hat. Flugsimulatoren etwa ermöglichen gefahrlose, aber realitätsgetreue Praxis, die für das sichere Steuern eines Flugzeugs essenziell ist. Analog entwickelten die Würzburger in ihrem Projekt „femtoPro“ ein physikalisches Modell für die Ausbreitung von Laserstrahlen und programmierten es in VR.
„Eine Herausforderung war es, die durch Studien ermittelte gewünschte Bildwiederholrate von 90 Hz zu garantieren, bei der ein wahrnehmbares Ruckeln vermieden wird“, erläutert der Informatiker Sebastian von Mammen. Daher müssen Simulation und Darstellung effizient genug sein, um sämtliche optischen Strahlengänge neunzig Mal pro Sekunde zu visualisieren und dabei schnell auf Nutzereingaben zu reagieren. Da femtoPro komplexe Anordnungen simulieren sollte, geht die Würzburger Entwicklung über rein geometrische Lichtstrahlen hinaus: Sie simuliert Aspekte der Wellenoptik samt Interferenzen, räumlichen Strahlprofilen und kurzen Laserpulsen.
Das Programm läuft auf VR-Brillen aus dem Unterhaltungsbereich, die ab etwa fünfhundert Euro erhältlich sind und keinen zusätzlichen Computer benötigen. Die Software selbst stellen die Entwickler auf ihrer Website ↗ www.femtopro.com kostenlos zur Verfügung. [JMU / dre]
