,LEd光源也可透過選擇覆蓋不同波長範圍的LEd晶片,並進行合理的組合和驅動控制,來實現對太陽光譜的模擬。
使用濾光片
在光源前面放置不同波長的濾光片,濾掉不需要的光,從而提高光譜的匹配度。例如,對於氙燈中紫外光過強或紅外光過多等不符合太陽光譜的部分,可以透過特定的濾光片進行過濾和衰減,使輸出光在可見光和近紅外波段內儘可能與太陽光譜一致。濾光片可以是吸收型濾光片、反射型濾光片或干涉型濾光片等,根據具體的光譜調整需求進行選擇。
採用多色儀
多色儀是一種可以分離不同波長光線的裝置,將多色儀與光源結合,可實現對光源光譜的精確控制。透過多色儀對光源發出的光進行分光,然後根據需要對不同波長的光進行調節和控制,如調整光強、增減特定波長的光等,從而提高光譜的匹配度。不過這種方法裝置複雜,成本較高。
利用光譜反饋與校準
使用高精度的光譜儀實時監測模擬器輸出的光譜,並將監測資料與標準太陽光譜進行對比。根據對比結果,對模擬器的光源引數、濾光片配置、光學元件等進行調整和最佳化,以實現更好的光譜匹配。校準過程可能需要反覆進行,直到模擬器輸出的光譜與標準太陽光譜的偏差在可接受的範圍內。
以下是光譜匹配技術在人造太陽模擬器中的一些應用案例:
航空航天領域
Sciencetech為某國航天局開發的用於發射前測試衛星感測器的高準直太陽模擬器,採用6.5千瓦氙弧燈作為基礎光源,透過空氣質量過濾器對氙燈光譜進行改進,使其達到Am0光譜匹配標準,滿足了衛星感測器對太陽光譜模擬的嚴格要求,在0.69°全形範圍內實現了90%功率的高度準直,確保了衛星感測器在發射前能在接近真實太陽光照的環境下進行測試和校準。
能源研究領域
努美科技為光化學研究設計的太陽模擬器,核心是6500w氙氣短弧燈和深橢圓形反射鏡,可產生較大的光功率並將其重定向到均質系統中。透過定製的特殊光譜濾光片,根據客戶要求模擬太陽光譜,其液體過濾器中的水吸收了數百瓦的不想要的紅外波長,並且使用迴圈冷卻系統消散了熱能,最終在280nm-700nm範圍內達到了近乎完美的光譜匹配,滿足了光化學研究中對高層大氣中太陽光譜模擬的需求,為研究高層大氣中的空氣汙染效應和光化學過程提供了準確的光源。
材料科學領域
在研究太陽能光伏電池材料的效能時,需要使用太陽模擬器來模擬真實太陽光照射。一些專業的科研機構和企業所使用的太陽模擬器,透過選擇合適的氙燈或LEd光源,並結合Am1.5濾波片等濾光片進行光譜調整,使模擬器輸出的光譜與地表上的Am1.5太陽光譜高度匹配,為研究光伏電池材料在不同光照條件下的光電轉換效率、穩定性等效能提供了可靠的光源,有助於開發高效、穩定的太陽能光伏電池材料。
光譜匹配技術在人造太陽模擬器中的發展趨勢如下:
光源改進
- 新型光源研發:LEd光源不斷發展,透過最佳化晶片材料、結構和封裝工藝,可實現更寬光譜範圍和更高光譜匹配度。此外,量子點光源、有機發光二極體等新型光源也在研究中,有望提供更好的光譜模擬效能。
- 氙燈技術最佳化:透過改進氙燈的電極結構、填充氣體成分和放電方式等,可提高其光譜穩定性和能量分佈均勻性,使其光譜更好地匹配太陽光譜。
光學元件創新
- 高效能濾光片:研發具有更高精度和更寬波長選擇性的濾光片,能夠更精細地調整光譜,減少不需要的波長成分,提高光譜匹配度。
- 先進的光譜調製元件:如聲光可調諧濾波器、液晶可調諧濾波器等,可實現對光譜的快速、動態調製,根據不同的模擬需求實時調整光譜形狀。
智慧化與自適應控制
- 智慧光譜監測:利用高精度光譜儀實時監測模擬器輸出光譜,結合智慧演算法對監測資料進行分析和處理,自動識別光譜偏差並及時調整。
- 自適應調節系統:根據不同的應用場景和實驗要求,模擬器能夠自動調整光源引數、光學元件配置等,實現自適應的光譜匹配。
多技術融合
- 與光學設計技術結合:透過最佳化光學系統的設計,如透鏡、反射鏡的形狀和排列方式等,提高光線的傳輸效率