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测试电子硬件和半导体红外全光谱太阳光模拟器
技术参数
l 目标区域：照明1.5 x 1.5m2
l 频谱：（ASTM E927）
l 波长范围：700nm至1100nm
l 强度：相当于700 nm至1100 nm范围内的1个太阳辐照度
l 均匀度：1 x 1 m2：±10％（ASTM E927）
l 1.5 x 1.5m2：±30％（ASTM E927）
l 景深：±15cm，变化≤±5％（ASTM E927）
l 衰减：10级，从0.1太阳到1.0太阳
l 时间不稳定性：A（ASTM E927）
为达到将太阳光谱在700 nm至1100 nm的近红外波段与A类光谱相匹配的目的，需采用太阳模拟器。此外，还需确保光学系统能在较大的三维空间（尺寸为1.5×1.5×0.5 m?）中产生一致的光场。实验室的空间限制为系统设计增加了额外的挑战。客户要求从偏离中心的角度对垂直目标平面进行照明，这是由于内部配置需求决定了光线必须在前方自由空间内照射。采用倾斜光线的方法成为了一种直接的选择。工程团队需运用科学技术进行深入研究和开发，以实现从偏离轴线的角度对目标平面进行照明，同时维持三维空间的均匀性。确定适合产生所需光谱形态的光源、光学配置和滤波方案是必要的步骤。鉴于安装空间的局限性，太阳能模拟器系统还需维持整体的工作温度。客户还提出需控制声级，这要求进行额外的测试和系统的重新设计，特别是涉及到太阳模拟器内部结构的工作。最后，需要将输出的辐照度逐步减少至高功率输出的10%，为实现这一目标同时保持光场的均匀性，需进行进一步的重新设计和研究。
构思和设计系统
当光源光线垂直穿越目标平面时，该平面各边缘均展现出对称特性。这样的特性是所有典型太阳模拟器设计中一部分，旨在形成一致的空间光场。标准的太阳模拟器能够制造出与光源光轴垂直的均匀光场。光源光轴与目标平面垂直时，其边缘的对称性便于达到空间上的均匀分布。依据客户需求，太阳模拟器需置于与目标平面光轴大约成30°角的位置，这就要求我们通过研发新的光学均匀化系统来确保空间均匀性。
预计将要制造的投影仪单元的模拟模型
光线追踪模型
i）光学建模
科学技术工程团队使用了广泛的光学建模来模拟单个投影仪和均质化系统，该系统可以在所需体积上实现空间均匀的光线。后来，排列了一个包含多个投影仪系统的太阳模拟器，并使用光学建模软件优化了投影仪的位置，以实现均匀的光量。
当组合了不同的光学材料和光源时，制作了一个特殊的软件来模拟终的光谱轮廓。选择并评估了许多滤光片和光源，以确定是否可以找到光源，光学器件（如透镜和反射镜）以及滤光片的理想组合。选择理想的光学组合时，对项目的预算给予了特别关注。考虑到石英钨卤素灯（QTH）的平滑IR发射，它被确定为模拟光的*佳光源。
对单个投影机进行测试以评估均匀性和稳定性。
为了进一步测试，开发了用于测量三维空间均匀性的模拟光栅。
ii）测试系统的耐用性
进行了耐温测试，以确定所选的光学材料和滤光片是否可以在灯的高光功率输出下幸免。还进行了测试，以确定所需的空气流量，用于系统冷却目的的风扇的类型和位置。
iii）辐射衰减
进行光学建模以确定衰减器的*佳尺寸和位置，使其能够满足项目的衰减要求。
原型设计实施
八台投影设备被设计用于对特定目标区域进行配置和照明。每台光学投影设备都装备有一枚2 kW的QTH灯，该灯配备了一个嵌入在椭圆形反射器内的石英外罩。各设备还内置了均质化部件，以满足均匀性的特定要求。经过仔细的设计与调整，系统成功满足了空间均匀度的标准。另外，QTH灯系统中融合了物镜和投影透镜，并装有用于过滤不需要波长范围的长通滤波器。在700-1100nm的波长范围内，系统确保了整个三维空间内光功率充足。在700nm至1100nm的光谱输出测量中，系统在目标平面提供了必要的辐照度（ASTM E927）。光谱输出曲线与700-1100nm波段的ASTM AM1.5G标准曲线相吻合。同时，工作距离也设置为可调节，以适应两种焦距的需要。开发了一种成本效益高的光学系统来达成预期的空间均匀性、光谱特性和光功率要求。光学元件和滤波器通过风扇进行有效冷却。此系统能够以10%的步进值调整输出辐照度，同时维持输出光的空间均匀性。
