“人造太陽”并非真正復(fù)制太陽,而是通過技術(shù)手段模擬太陽光的核心特性,為科研、工業(yè)測試提供可控的標(biāo)準(zhǔn)化光照環(huán)境。其核心原理、光源選擇與光學(xué)設(shè)計共同構(gòu)建了這一精密系統(tǒng)的技術(shù)基石。
基本原理:模擬太陽輻射的核心特性
太陽光模擬器的核心目標(biāo)是復(fù)現(xiàn)太陽輻射的光譜分布、輻照強(qiáng)度及空間均勻性。太陽光在地球表面的光譜覆蓋280nm至2500nm,包含紫外、可見光與紅外波段,其輻照強(qiáng)度受大氣質(zhì)量(AM)影響,典型晴天(AM1.5)下輻射總量為1kW/m²。模擬器通過光學(xué)系統(tǒng)將光源發(fā)出的光線調(diào)整為符合AM1.5標(biāo)準(zhǔn)的光譜,并在測試面上形成均勻輻照,從而模擬太陽光對材料、器件的實際作用。
光源選擇:氙燈與LED的協(xié)同應(yīng)用
光源是模擬器的“心臟”,需滿足光譜連續(xù)性、穩(wěn)定性與動態(tài)調(diào)控需求。氙燈通過高壓電弧放電產(chǎn)生類似太陽的連續(xù)光譜,尤其擅長覆蓋可見光與近紅外波段,但紫外與紅外強(qiáng)度不足;LED則通過多波段組合(如UV-A365nm、紅外850nm)填補(bǔ)缺口,并支持動態(tài)調(diào)光(如模擬日出日落光譜變化)。例如,光焱科技SS-PST100R模擬器采用氙燈+12通道LED混合光源,實現(xiàn)250nm至2500nm全波段覆蓋,光譜匹配度達(dá)(偏差<5%)。
光學(xué)設(shè)計:均勻性與準(zhǔn)直性的精密調(diào)控
光學(xué)系統(tǒng)通過“聚光-勻光-準(zhǔn)直”三步實現(xiàn)高精度模擬。以聚光太陽光模擬器為例:氙燈光源發(fā)出的光線經(jīng)橢球面反射鏡匯聚至第二焦點,透鏡陣列分割光場并消除“熱點”,準(zhǔn)直鏡將光線轉(zhuǎn)化為平行光束,最終在測試面上形成均勻輻照。例如,紫創(chuàng)測控Luminbox全光譜LED模擬器通過光學(xué)積分器實現(xiàn)45cm×45cm區(qū)域內(nèi)不均勻度僅1.8%,20分鐘波動≤0.5%,滿足光伏電池測試、材料老化實驗等嚴(yán)苛需求。
從實驗室到產(chǎn)業(yè)線,太陽光模擬器以“光譜精準(zhǔn)、輻照均勻、運行穩(wěn)定”的技術(shù)突破,為人類探索清潔能源、開發(fā)新型材料提供了的“人造太陽”。