在材料光電性能表征、新能源器件研發(fā)及空間環(huán)境模擬等前沿領(lǐng)域，太陽(yáng)光模擬器已成為模擬真實(shí)光照環(huán)境的核心工具。輻照不均勻度作為衡量太陽(yáng)光模擬器性能的關(guān)鍵指標(biāo)，直接影響測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠性。本文將結(jié)合Luminbox的技術(shù)實(shí)踐，系統(tǒng)解析輻照不均勻度的技術(shù)、影響因素及優(yōu)化策略。

太陽(yáng)模擬器輻照不均勻度三維分布圖

輻照不均勻度的定義與標(biāo)準(zhǔn)

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輻照不均勻度是指太陽(yáng)光模擬器有效輻照面內(nèi)輻照度的空間分布差異，通常以公式：

計(jì)算。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）在60904-9 標(biāo)準(zhǔn)中明確要求，AAA 級(jí)太陽(yáng)光模擬器的輻照不均勻度需≤2%，這是確保測(cè)試數(shù)據(jù)一致性的基礎(chǔ)。

輻照不均勻的原因

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光源特性與排列方式

LED 太陽(yáng)模擬器的不均勻度常源于芯片排列密度差異與光衰問(wèn)題。例如，多芯片陣列若間距不均，易導(dǎo)致局部光強(qiáng)過(guò)高或過(guò)低。氙燈模擬器則因燈泡老化或光學(xué)元件污染，導(dǎo)致光譜分布與光強(qiáng)穩(wěn)定性下降。

輻照不均勻度的影響因素

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準(zhǔn)直性與勻光結(jié)構(gòu)是影響均勻度的關(guān)鍵。傳統(tǒng)氙燈模擬器采用拋物面鏡聚光，易產(chǎn)生邊緣光強(qiáng)衰減；而LED 模擬器通過(guò)混光棒與微結(jié)構(gòu)復(fù)眼透鏡的協(xié)同作用，可將不均勻度降至 0.9%。

如何優(yōu)化太陽(yáng)光模擬器的輻照不均勻度

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一種輻照不均勻度優(yōu)化方法

優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)：采用先進(jìn)的光學(xué)元件和結(jié)構(gòu)，如復(fù)眼透鏡、混光棒、積分球等，通過(guò)多次反射和折射來(lái)均化光斑。同時(shí)，通過(guò)光學(xué)仿真軟件對(duì)光路進(jìn)行模擬和優(yōu)化，調(diào)整透鏡曲率、間距等參數(shù)，提升光線分布的均勻性。

精確控制光源輸出：針對(duì)LED 光源，可采用動(dòng)態(tài)反饋調(diào)節(jié)技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各LED 通道的光強(qiáng)輸出，結(jié)合多路獨(dú)立可調(diào)光源設(shè)計(jì)，對(duì)光強(qiáng)進(jìn)行精準(zhǔn)均衡控制。對(duì)于氙燈光源，通過(guò)智能溫控系統(tǒng)減少熱效應(yīng)引起的光強(qiáng)波動(dòng)，定期維護(hù)和更換燈泡，保證光源穩(wěn)定性。

完善系統(tǒng)校準(zhǔn)與監(jiān)測(cè)：建立高精度的校準(zhǔn)流程，利用標(biāo)準(zhǔn)探測(cè)器在有效輻照面內(nèi)進(jìn)行多點(diǎn)采樣測(cè)量，根據(jù)測(cè)量結(jié)果對(duì)模擬器進(jìn)行微調(diào)。同時(shí)，引入實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與PID 算法，實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。

創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與材料應(yīng)用：開(kāi)發(fā)新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如采用對(duì)稱式光源布局、優(yōu)化光腔結(jié)構(gòu)等，減少因光路差異導(dǎo)致的不均勻性。此外，探索新型光學(xué)材料的應(yīng)用，利用高透光率、低散射的材料降低光能損耗，進(jìn)一步提升輻照均勻度。

輻照不均勻度的測(cè)量與評(píng)估方法

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太陽(yáng)模擬器輻照不均勻度測(cè)試圖

1.多點(diǎn)采樣法

在有效輻照面均勻布置25-100 個(gè)測(cè)試點(diǎn)，通過(guò)硅太陽(yáng)電池或熱釋光劑量計(jì)（TLD）采集數(shù)據(jù)。

2.光學(xué)仿真與優(yōu)化

利用LightTools 等軟件進(jìn)行蒙特卡羅光線追跡，模擬光路分布并優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與反饋控制

結(jié)合實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與PID 算法，實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。

輻照不均勻度作為衡量太陽(yáng)光模擬器性能的核心參數(shù)，其優(yōu)化需整合光源工程、光學(xué)設(shè)計(jì)與測(cè)試方法的跨學(xué)科創(chuàng)新。Luminbox 始終以用戶需求為核心,針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景優(yōu)化輻照不均勻度，為客戶提供定制化解決方案。未來(lái)，Luminbox太陽(yáng)光模擬器也將持續(xù)深化多學(xué)科交叉融合，以高精度光模擬技術(shù)驅(qū)動(dòng)材料科學(xué)、新能源等領(lǐng)域的協(xié)同創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

Luminbox大面積LED太陽(yáng)模擬器

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全光譜大面積LED太陽(yáng)模擬器以A+AA+綜合性能，實(shí)現(xiàn)輻照均勻、光譜精準(zhǔn)與運(yùn)行穩(wěn)定的三重突破，通過(guò)權(quán)威認(rèn)證，為科研與工業(yè)測(cè)試提供高可靠、標(biāo)準(zhǔn)化的全光譜光照解決方案，推動(dòng)精密光學(xué)實(shí)驗(yàn)邁向更高精度與可重復(fù)性。

A+級(jí)光譜匹配：300-1200 nm全覆蓋，誤差≤1%（IEC標(biāo)準(zhǔn)）。

高均勻輻照：45cm×45cm區(qū)域不均勻度僅1.8%（A級(jí)）。

超穩(wěn)運(yùn)行：20分鐘波動(dòng)≤0.5%（A+級(jí)）。

權(quán)威認(rèn)證：國(guó)家計(jì)量院校準(zhǔn)，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)合規(guī)。

工業(yè)級(jí)設(shè)計(jì)：適配光伏、材料、光催化等多場(chǎng)景。

Luminbox憑借對(duì)光譜匹配度、輻照均勻性等核心指標(biāo)的極致追求，已構(gòu)建起覆蓋LED/氙燈/鹵素?zé)?/strong>全技術(shù)路線的產(chǎn)品矩陣，技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新、關(guān)鍵性能指標(biāo)表現(xiàn)出色，為客戶提供了優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品和全場(chǎng)景太陽(yáng)光環(huán)境模擬解決方案。