Лабораторный стенд EDU-3D1/M Технология поляризации и 3D-кино

Стенд предназначен для образовательных, демонстрационных и учебных целей, включает всё оборудование и инструменты, а также подробное руководство для удобной сборки и использования.

Экспериментальная часть дает возможность:
· изучить, как создавать и измерять линейную и круговую поляризацию света;
· создать 3D-проекцию с использованием циркулярно-поляризованного света на основе технологии RealD™ для кинотеатров;
· выполнить дополнительные эксперименты с красно-голубыми анаглифными 3D-изображениями и 3D-проекцией с линейной поляризацией;
· измерить поворот угла поляризации света, проходящего через оптически активные среды.
Лабораторный стенд EDU-3D1/M «Технология поляризации и 3D-кино» включает несколько экспериментов, которые помогут студентам изучить явление поляризации и его распространённые применения. Этот лабораторный стенд содержит компоненты для сборки трёх установок, позволяющих наблюдать 3D-изображения, включая очки RealD 3D и фрагмент настоящего киноэкрана. Дополнительные эксперименты демонстрируют применение поляризации в промышленности — например, определение концентрации сахара в растворе или анализ механических напряжений в материалах.
Эксперименты:
Лабораторный стенд EDU-3D1/M «Технология поляризации и 3D-кино» включает компоненты и инструкции для сборки трёх установок 3D-проекции. Также предоставляются теоретические материалы и инструменты для проведения трёх дополнительных экспериментов, изучающих взаимодействие поляризованного света с оптическими элементами, такими как фазовые пластинки и поляризаторы.

Эксперименты с Поляризацией
Поляризация - фундаментальное свойство света. Изучение её генерации, измерения и возможных применений является стандартной темой в школьных и университетских курсах физики. Этот лабораторный стенд предлагает несколько экспериментов, основанных на реальных применениях поляризации, чтобы помочь студентам освоить ключевые концепции.

Например, в сахариметрическом эксперименте, студенты могут измерить, как оптически активный сахарный раствор поворачивает плоскость поляризации линейно-поляризованного света, и на основе этого определить содержание сахара в газированных напитках.

Кроме того, набор знакомит с технологиями создания стереоскопических изображений и 3D-фильмов, включая:
• Красно-голубые анаглифные изображения
• Линейную поляризацию
• Циркулярно-поляризованный свет

В комплект входят слайды, несколько типов 3D-очков и фрагмент настоящего киноэкрана, что позволяет студентам самостоятельно собрать систему для 3D-проекции.

Технология 3D-кино

Все методы стереоскопической проекции основаны на одном принципе: 3D-изображение формируется из двух отдельных изображений одного объекта, снятых под разными углами. Поскольку наши глаза расположены на некотором расстоянии друг от друга, правый и левый глаз видят объект под разными углами. Мозг использует эту разницу для восприятия глубины.

3D-технологии воспроизводят этот эффект, позволяя каждому глазу видеть только одно из двух смещённых изображений. Это достигается за счёт очков со светофильтрами вместо линз, которые блокируют «левое» изображение для правого глаза и наоборот.

Распространённые методы создания 3D-изображений:
• Анаглифные очки (красно-голубые фильтры) — создают 3D-эффект, но искажают цвета сцены.
• Линейная поляризация — исключает цветовые искажения, но при наклоне головы поляризационные фильтры в очках рассинхронизируются с проекцией, вызывая «двоение».
• Циркулярная поляризация (RealD™) — используется в современных кинотеатрах, обеспечивает естественную цветопередачу и устойчивость к «двоению» при движении головы (рисунок 1).

Эксперимент с 3D-кинематографией

Лабораторный стенд по изучению поляризации и 3D-кино позволяет студентам собрать 3D-проектор, использующий каждый из упомянутых выше методов (рисунок 2). Сначала учащиеся знакомятся с концепцией стереоскопического зрения, основными принципами поляризованного света и тем, как работают три технологии 3D-проекции. Чтобы подготовить студентов к применению методов 3D-проекции на основе поляризации, с помощью набора можно провести серию базовых экспериментов с линейной и круговой поляризацией, используя лазерный источник света, поляризаторы, четвертьволновые пластинки и три типа 3D-очков, входящих в комплект.

Затем они могут собрать собственный 3D-проектор. Преимущества и недостатки каждого метода можно изучить и проверить на практике. Помимо красно-голубых очков, очков с линейными поляризаторами и очков RealD™, в набор входит посеребрённый киноэкран, позволяющий студентам создавать высококачественные 3D-изображения.

Дополнительные 3D-изображения можно загрузить в разделе «Галерея 3D изображений». Их можно профессионально напечатать в специализированном фотоателье или на обычном принтере на прозрачной плёнке (с несколько меньшим качеством).

Эксперимент по сахариметрии

Когда линейно поляризованный свет проходит через оптически активный сахарный раствор, вектор поляризации поворачивается на угол, зависящий от концентрации сахара. Разные виды сахаров также дают различные характерные углы поворота. С помощью эксперимента по сахариметрии (рисунок 3), входящего в этот набор, студенты могут измерить характерный угол поворота для тростникового сахара (сахарозы) и использовать результаты измерений для определения концентрации сахара в газированных напитках.
Упражнения:

Упражнение 1: Поместите два поляризатора перед лазером и расположите их так, чтобы их оси пропускания были перпендикулярны друг другу. Затем поместите третий поляризатор (плёнку без держателя) между двумя скрещенными поляризаторами и вращайте его. Что вы наблюдаете и почему?

Упражнение 2: Продемонстрируйте справедливость закона Малюса, используя лазерный диод, три поляризатора, фотодетектор и вольтметр.

Упражнение 3: Измерьте состояние поляризации лазерного луча.

Упражнение 4: Определите середину между медленной и быстрой осями четвертьволновой пластинки (т.е. найдите ориентацию медленной оси под углом 45° к вертикали).

Упражнение 5: Поместите перед лазером поляризатор и четвертьволновую пластинку так, чтобы её медленная и быстрая оси были ориентированы под углом 45° к оси пропускания поляризатора. Продемонстрируйте, что свет зелёного лазера после прохождения через пластинку становится циркулярно-поляризованным.

Упражнение 6: Если линейно поляризованный свет проходит через сахарный раствор, угол поворота плоскости поляризации пропорционален концентрации раствора и длине оптического пути. Определите константу пропорциональности.

Упражнение 7: Определите содержание сахара в выбранном вами газированном напитке.

Упражнение 8: Во многих газированных напитках существуют «диетические» или «нулевые» варианты. Какой угол поворота плоскости поляризации вы ожидаете в этом случае?

Упражнение 9: Используйте пластиковые оптические боксы и поляризатор для наблюдения двойного лучепреломления, вызванного механическими напряжениями.

Упражнение 10: Исследуйте другие прозрачные объекты/материалы на предмет двойного лучепреломления, например, пузырчатую плёнку (которая меняет свойства при растяжении) и стёкла.

Упражнение 11: С помощью камеры сделайте два снимка объекта с разных ракурсов и создайте анаглифное изображение.

Упражнение 12: Настройте красно-голубую проекцию. Убедитесь на практике, что даже лист белой бумаги может служить экраном.

Упражнение 13: Настройте 3D-проекцию с линейными поляризаторами. В чём недостатки этого метода? Что происходит, если изображение проецируется на белую бумагу?

Упражнение 14: Используя источник линейно поляризованного света, объясните, как устроены 3D-очки.

Упражнение 15: Наденьте очки RealD и встаньте перед зеркалом. Закройте один глаз. Что вы наблюдаете и почему?

Упражнение 16: Определите ориентацию поляризаторов в очках.

Упражнение 17: Настройте 3D-проекцию по методу RealD. Немного поверните голову и убедитесь, что 3D-эффект сохраняется.

Галерея 3D изображений:
Каждый лабораторный стенд включает две пары слайдов для 3D-проекции: фотографию растения и фотографию камней (Рисунок ниже). Их можно напечатать профессионально в специализированном фотоателье или на обычном принтере на прозрачных плёнках (с некоторой потерей качества).

КОМПЛЕКТАЦИЯ

В составе:
1) Алюминиевая оптическая плита, 1 шт.
2) Основания для крепления 50 мм x 75 мм x 10 мм, 8 шт.
3) Основания для крепления 25 мм x 58 мм x 10 мм, 6 шт.
4) Основания для крепления 25 мм x 75 мм x 10 мм, 1 шт.
5) Стержень для держателей оптики, Ø12.7 мм, высота 75 мм, 14 шт.
6) Держатель для стержней Ø 12.7 мм с подпружиненным винтом, высота: 40 мм, 12 шт.
7) Универсальный держатель стержней Ø12.7 мм с подпружиненным фиксирующим винтом, высота: 75 мм, 2 шт.
8) Блок для крепления элементов на стержнях под углом 4°, 2 шт.
9) Кварцевая вольфрамовая галогенная лампа, 2 шт.
10) Галогенные лампы, 16 Вт, 230 люмен, 2 шт.
11) Лазерный диодный модуль (P=0.9 мВт, λ=532 нм), 1 шт.
12) V-образный зажим с фиксирующей рукояткой, длина: 19.1 мм, 1 шт.
13) Корпусированный Si фотодиод, диапазон длин волн: 350-1100 нм, 1 шт.
14) Тубус для крепления линз с двумя стопорными кольцами, длина: 25.4 мм, 1 шт.
15) Кольцо Ø17.8 мм с зажимным винтом для крепления держателей оптики, 1 шт.
16) SMA коаксиальный кабель, штекерный разъем SMA и штекерный разъем BNC, длина: 304 мм, 1 шт.
17) Адаптер с гнездовым BNC разъемом и винтовыми клеммами, 1 шт.
18) BNC адаптер - T образный (гнездовой-штекерный-гнездовой разъем), 1 шт.
19) Укороченный BNC терминатор, постоянное сопротивление: 5 кОм, 1 шт.
20) Ирисовая диафрагма с рычагом для регулировки, Ø0.7 - Ø5 мм, 1 шт.
21) Тубус для крепления оптических элементов с пассивным теплоотводом с двумя стопорными кольцами, 2 шт.
22) Крышка с внешней резьбой для тубусов Ø25.4 мм, 2 шт.
23) Линейный дихроичный пленочный поляризатор (лазерная резка на 3 круга Ø25.4 мм, рабочий диапазон: 400 - 700 нм), 1 шт.
24) Держатель оптических элементов Ø25.4 мм с возможностью вращения, 2 шт.
25) Стопорное кольцо для крепления оптических элементов Ø25.4 мм в держатели и тубусы, 2 шт.
26) Четвертьволновая пластина Ø25.4 мм, 2 шт.
27) Диск со шкалой, внутреннее кольцо держателя оптики диаметром 25.4 мм с возможностью вращения, 2 шт.
28) Внешнее кольцо держателя оптики диаметром 25.4 мм с возможностью вращения, 2 шт.
29) Двояковыпуклая линза из стекла N-BK7, Ø50.8 мм, фокусное расстояние 100.0 мм, без покрытия, 2 шт.
30) Пара слайдов для 3D-проекции, 2 шт.
31) Держатель для линз Ø50.8 мм со стопорным кольцом, 2 шт.
32) Держатель фильтров со сквозными отверстиями для соединения с другими держателями, 2 шт.
33) Держатель пластинок толщиной до 14.7 мм, ширина: 76.2 мм, 1 шт.
34) Дихроичный пленочный поляризатор: 50.8 x 50.8 мм, рабочий диапазон: 400 - 700 нм, 1 шт.
35) Стеклянный бассейн, 1 шт.
36) Самоклеящаяся линейка, 1 шт.
37) Ключ для установки и регулировки положения стопорных колец, длина: 25.4 мм, 1 шт.
Лабораторный стенд поставляется в упаковочных кейсах с ложементом, методическим описанием, комплектом крепёжных элементов, набором для чистки оптики и инструментами.