1、構思和設計系統

 

當光源的光軸垂直于目標平面時，目標平面的所有邊緣都具有對稱性。此屬性用于所有標準太陽模擬器的設計中，以生成空間均勻的光場。

 

標準的太陽模擬器產生垂直于光源光軸的空間均勻的目標平面。當光源的光軸垂直于目標平面時，目標平面的所有邊緣都具有對稱性。當可以使用這種對稱性時，更容易實現空間均勻性。根據客戶要求，需要將太陽模擬器放置在與目標平面光軸大約30°的位置。因此，需要通過研究和開發新的光學均質系統來實現空間均勻性。

 

i）光學建模

 

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

 

當組合了不同的光學材料和光源時，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。選擇理想的光學組合時，對項目的預算給予了特別關注。考慮到石英鎢鹵素燈（QTH）的平滑IR發射，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定性。

 

為了進一步測試，開發了用于測量三維空間均勻性的模擬光柵。

 

ii）測試系統的耐用性

 

進行了耐溫測試，以確定所選的光學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，用于系統冷卻目的的風扇的類型和位置。

 

iii）輻射衰減

 

進行光學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、原型設計實施

 

八個投影儀單元用于所需目標區域的設計和照明。每個光學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組件，以實現所需的均勻性要求。在精心設計和微調系統后，成功實現了空間均勻性規范。

 

此外，QTH燈系統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區域中達到所需的功率水平。當測量700nm-1100nm光譜輸出時，系統在目標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。工作距離也被設置為可調的，以適應兩種不同的焦距。

 

設計并生產了一種廉價的光學系統，以實現預期的空間均勻性，光譜和光功率。使用風扇將光學元件和濾光片充分冷卻。該系統能夠以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

 

該系統已成功完成，并且由科學技術工程師在客戶實驗室所在地進行了安裝和培訓。