1、構(gòu)思和設(shè)計系統(tǒng)

 

當(dāng)光源的光軸垂直于目標(biāo)平面時，目標(biāo)平面的所有邊緣都具有對稱性。此屬性用于所有標(biāo)準(zhǔn)太陽模擬器的設(shè)計中，以生成空間均勻的光場。

 

標(biāo)準(zhǔn)的太陽模擬器產(chǎn)生垂直于光源光軸的空間均勻的目標(biāo)平面。當(dāng)光源的光軸垂直于目標(biāo)平面時，目標(biāo)平面的所有邊緣都具有對稱性。當(dāng)可以使用這種對稱性時，更容易實現(xiàn)空間均勻性。根據(jù)客戶要求，需要將太陽模擬器放置在與目標(biāo)平面光軸大約30°的位置。因此，需要通過研究和開發(fā)新的光學(xué)均質(zhì)系統(tǒng)來實現(xiàn)空間均勻性。

 

i）光學(xué)建模

 

科學(xué)技術(shù)工程團隊使用了廣泛的光學(xué)建模來模擬單個投影儀和均質(zhì)化系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以在所需體積上實現(xiàn)空間均勻的光線。后來，排列了一個包含多個投影儀系統(tǒng)的太陽模擬器，并使用光學(xué)建模軟件優(yōu)化了投影儀的位置，以實現(xiàn)均勻的光量。

 

當(dāng)組合了不同的光學(xué)材料和光源時，制作了一個特殊的軟件來模擬終的光譜輪廓。選擇并評估了許多濾光片和光源，以確定是否可以找到光源，光學(xué)器件（如透鏡和反射鏡）以及濾光片的理想組合。選擇理想的光學(xué)組合時，對項目的預(yù)算給予了特別關(guān)注。考慮到石英鎢鹵素?zé)簦≦TH）的平滑IR發(fā)射，它被確定為模擬光的*佳光源。

 

對單個投影機進行測試以評估均勻性和穩(wěn)定性。

 

為了進一步測試，開發(fā)了用于測量三維空間均勻性的模擬光柵。

 

ii）測試系統(tǒng)的耐用性

 

進行了耐溫測試，以確定所選的光學(xué)材料和濾光片是否可以在燈的高光功率輸出下幸免。還進行了測試，以確定所需的空氣流量，用于系統(tǒng)冷卻目的的風(fēng)扇的類型和位置。

 

iii）輻射衰減

 

進行光學(xué)建模以確定衰減器的*佳尺寸和位置，使其能夠滿足項目的衰減要求。

 

2、原型設(shè)計實施

 

八個投影儀單元用于所需目標(biāo)區(qū)域的設(shè)計和照明。每個光學(xué)投影儀單元都由一個2 kW QTH燈組成，該燈帶有一個固定在橢圓形反射鏡中的石英外殼。每個單元還包含一個均質(zhì)組件，以實現(xiàn)所需的均勻性要求。在精心設(shè)計和微調(diào)系統(tǒng)后，成功實現(xiàn)了空間均勻性規(guī)范。

 

此外，QTH燈系統(tǒng)還集成了物鏡和投影透鏡，以及用于消除不想要的波長范圍的長通濾光鏡。

 

在整個三維體積上，光功率足以在700-1100nm區(qū)域中達到所需的功率水平。當(dāng)測量700nm-1100nm光譜輸出時，系統(tǒng)在目標(biāo)平面上提供了所需的輻照度（ASTM E927）。光譜輸出的形狀與700-1100nm波長的ASTM AM1.5G曲線匹配。工作距離也被設(shè)置為可調(diào)的，以適應(yīng)兩種不同的焦距。

 

設(shè)計并生產(chǎn)了一種廉價的光學(xué)系統(tǒng)，以實現(xiàn)預(yù)期的空間均勻性，光譜和光功率。使用風(fēng)扇將光學(xué)元件和濾光片充分冷卻。該系統(tǒng)能夠以10％的增量衰減輸出輻照度，同時保持輸出光的空間均勻性。

 

3、測試與安裝

 

該系統(tǒng)已成功完成，并且由科學(xué)技術(shù)工程師在客戶實驗室所在地進行了安裝和培訓(xùn)。