聚光太陽光模擬器與常規(guī)太陽光模擬器的技術(shù)差異是：其以高光譜匹配性的氙燈點(diǎn)光源為核心；依托橢球面反射鏡實(shí)現(xiàn)光能高效匯聚，直接突破常規(guī)設(shè)備的輻照度瓶頸；更通過透鏡陣列與準(zhǔn)直鏡組合，針對(duì)性解決傳統(tǒng)模擬光場的 “熱點(diǎn)” 并提升準(zhǔn)直度，最終構(gòu)建 “高輻照度- 高均勻性 - 高平行度” 的模擬體系。原理核心是借助光源與光學(xué)系統(tǒng)協(xié)同作用，可拆解為光源、聚光系統(tǒng)、均勻化與準(zhǔn)直系統(tǒng)三部分，下文紫創(chuàng)測(cè)控Luminbox將詳解各模塊功能與工作原理。

聚光太陽光模擬器的原理

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聚光太陽光模擬器的原理是通過光學(xué)元件（如反射鏡或透鏡）將光源發(fā)出的光線聚焦到一個(gè)小的區(qū)域上，從而產(chǎn)生高亮度、高溫的模擬太陽光。其核心在于控制光源的模擬光譜、輻射強(qiáng)度和均勻性，以滿足不同應(yīng)用場景的需求。目前主流設(shè)備以氙燈光源為核心，搭配聚光鏡、反射鏡及光學(xué)積分器，形成高通量、高集中度的光輸出鏈路，原理可拆解為光源、聚光系統(tǒng)、均勻化與準(zhǔn)直系統(tǒng)三個(gè)核心部分。

1.光源

氙燈配光曲線圖

氙燈是聚光太陽光模擬器最常用的光源。其優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在兩方面：

光譜匹配性：氙燈在可見光至近紅外波段的光譜分布與自然太陽光高度重合，可覆蓋多數(shù)應(yīng)用場景對(duì)光譜的需求；

點(diǎn)光源特性：氙燈發(fā)光區(qū)域集中，屬于高亮度點(diǎn)光源，能被后續(xù)光學(xué)系統(tǒng)以高效率收集并匯聚。

2.聚光系統(tǒng)

使用橢球面反射鏡的太陽模擬器的輻照分布

聚光系統(tǒng)的核心目標(biāo)是最大化收集光源發(fā)出的光能，減少光能損耗；并將其定向匯聚至指定區(qū)域，是實(shí)現(xiàn)高輻照度的關(guān)鍵。

核心元件：橢球面反射鏡是當(dāng)前最主流的選擇，其幾何特性決定了高效匯聚能力；

工作原理：橢球面存在兩個(gè)物理焦點(diǎn)，將氙燈的點(diǎn)光源精準(zhǔn)定位在第一個(gè)焦點(diǎn)（物焦點(diǎn)）處，根據(jù)橢球面的光學(xué)反射定律，從物焦點(diǎn)發(fā)出的任意光線經(jīng)鏡面反射后，都會(huì)精準(zhǔn)匯聚至第二個(gè)焦點(diǎn)（像焦點(diǎn)），從而實(shí)現(xiàn)光能的定向、高效匯聚。

3.均勻化與準(zhǔn)直系統(tǒng)（光學(xué)積分器）

經(jīng)橢球面反射鏡匯聚的光場雖能達(dá)到高輻照度，但存在兩大關(guān)鍵問題：

輻照度不均：光場中心輻照度遠(yuǎn)高于邊緣，形成明顯“熱點(diǎn)”（中心 - 邊緣輻照度差異可達(dá) 30% 以上），無法滿足實(shí)驗(yàn)對(duì)均勻光場的需求；

準(zhǔn)直度不足：匯聚光線呈錐形發(fā)散，與自然太陽光的平行光特性差異顯著，影響光伏器件等對(duì)入射角度敏感的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性。

光學(xué)積分器成像原理圖

為了解決這些問題，需要引入光學(xué)積分器，最常見的是透鏡陣列（也稱復(fù)眼透鏡）。

工作原理：首先，匯聚光場照射到由數(shù)百個(gè)微透鏡單元組成的透鏡陣列上，每個(gè)微透鏡單元獨(dú)立將入射光分割為“子光場”，并通過調(diào)整微透鏡曲率實(shí)現(xiàn)子光場的均勻化；隨后，子光場經(jīng)場鏡疊加，在目標(biāo)平面形成輻照度均勻性≥90%的方形或圓形光斑，消除“熱點(diǎn)”；若需模擬自然太陽光的平行特性（如光伏器件極限效率測(cè)試），則在光路末端加入準(zhǔn)直透鏡，通過調(diào)整透鏡焦距使錐形光線轉(zhuǎn)化為準(zhǔn)直度≤0.5° 的平行光，進(jìn)一步貼近自然太陽光特性。

聚光太陽光模擬器的工作鏈路

高亮度點(diǎn)光源（氙燈）→ 橢球面反射鏡（收集光能并匯聚至第二焦點(diǎn)）→ 透鏡陣列（分割光場并實(shí)現(xiàn)均勻化）→ 準(zhǔn)直鏡（將光場轉(zhuǎn)化為平行光）→ 目標(biāo)測(cè)試面（生成高輻照度、高均勻性、高光譜匹配度的模擬太陽光源）。

綜上，聚光太陽光模擬器的原理可簡要概括為：光源為模擬太陽光提供光譜基礎(chǔ)，聚光系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)光能的高效匯聚以達(dá)成高輻照度，均勻化與準(zhǔn)直系統(tǒng)則優(yōu)化光場特性、消除“熱點(diǎn)”并提升準(zhǔn)直度，三者共同構(gòu)建出符合實(shí)驗(yàn)需求的高質(zhì)量模擬光環(huán)境。該設(shè)備有效突破了自然光源的應(yīng)用限制，可為新能源、材料科學(xué)等領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)與科學(xué)實(shí)驗(yàn)提供標(biāo)準(zhǔn)化、可重復(fù)的關(guān)鍵條件，進(jìn)一步提升相關(guān)領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)效率與研究深度。

Luminbox 聚光太陽光模擬器

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紫創(chuàng)測(cè)控Luminbox 聚光太陽光模擬器以高性能氙燈為核心光源，精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)AM1.5G 太陽光譜（可選 AM0、AM1.5D 光譜版本），可輸出高聚光能量，輻照穩(wěn)定可控，可為環(huán)境模擬、材料測(cè)試及航空航天驗(yàn)證提供專業(yè)光照解決方案。

可提供500多個(gè)太陽的高聚光能量（1sun=1000w/m2）

時(shí)間不穩(wěn)定性和光譜匹配JIS C 8912/IEC 60904-9 2nd/ASTM E927-5的A Class標(biāo)準(zhǔn)

紫創(chuàng)測(cè)控Luminbox的聚光太陽光模擬器已應(yīng)用于材料科學(xué)、新能源、航空航天等領(lǐng)域，推動(dòng)科研與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新。未來，Luminbox將持續(xù)優(yōu)化聚光技術(shù)，提升光譜適配性與輻照穩(wěn)定性，為更多高要求場景提供更高效的解決方案。