近日，由中国光学学会主办第十一届全国大学生光电设计竞赛东南区赛在福建举行，来自东南地区（含福建、广东、广西、海南四省区）的38所高校、346支队伍，经过现场实物竞技和方案答辩等环节，我系郭亮老师课题组本科生佘文婧与队友孙仪静，谢沛伶组队参赛，荣获光电设计竞赛（东南区赛）二等奖。 

      本次竞赛要求参赛选手基于光电方法，实现对密封透明容器中酒精与水混合物浓度的非接触测量。在竞赛的准备过程中，佘文婧小队首先通过理论计算验证了采用Kretschmann模型结构（酒精溶液-玻璃基底-银膜-空气）进行酒精浓度检测的可行性。当单色光以特定角度入射该膜层结构时，玻璃基底—银膜界面发生全内反射，产生的倏逝波穿透银膜，激发银膜-空气界面处的表面等离子体共振，从而导致全内反射光的功率在该角度下明显衰减。在室温条件下，功率衰减发生的角度与酒精溶液的浓度呈现一一对应的关系。
 
      基于这一原理，参赛队伍设计并制备了可以盛装液体的中空三棱镜，并在其斜边镀上银膜（图2）。随后，他们搭建了实验装置（图3）：以单色连续激光器作为光源，通过半波片将激光的偏振方向调整为TM偏振（P偏振），并使激光穿过液体而入射至三棱镜的斜边；三棱镜由转接板固定在旋转位移台上，通过调节旋转位移台改变入射光与三棱镜斜边的夹角，并使用光功率计测量全内反射光的功率。团队设计了相关程序，实现了控制旋转位移台转动，读取旋转位移台实时角度值和读取光功率计实时测量值的自动化。

 

      此外，参赛团队还配制了不同浓度的酒精溶液并采集其反射光功率-旋转位移台角度的扫描数据。在数据采集过程结束后，团队对数据结果进行了拟合，得到功率值最小时的角度值，并拟合出其与酒精浓度之间的关系曲线。在比赛过程中，他们将酒精溶液注入到三棱镜中，测出反射光功率-旋转位移台角度数据，根据功率最小值对应的角度与酒精浓度之间的关系推算出对应的酒精浓度。
 
       本次参赛得到了南方科技大学电子与电气工程系和机械与能源工程系的经费支持，并获得了机械系郭亮老师与电子系徐琳琳老师的悉心指导。郭亮课题组的博士生蔡宇航、张亮在竞赛准备过程中提供了帮助。
 
       据悉，全国大学生光电设计竞赛作为一项面向全国高校各专业学生的科技类竞赛，旨在推动高等教育教学改革，加强产教融合，促进科技成果转化为生产力。


供稿：机械系郭亮课题组
编辑：邓苏