太阳模拟器基本参数测量技术研究(3)
国家标准按太阳模拟器各个单项技术指标，将太阳模拟器分为A,B,C三个等级。分类标准如表1.1：
表1.1 太阳模拟器分类指标
级别 A B C
有效辐照面特征尺寸的百分比
辐照不均匀度辐照不稳定度光谱失配误差
按照体积大小，也可以将太阳模拟器分为小型、中型、大型太阳模拟器。
1.4 太阳模拟器系统剖析
太阳模拟器一般由光学系统、机械系统、冷却系统和氙灯电源四部分组成，中小型太阳模拟器一般采用同轴透射准直式光学系统[4],其工作原理如图2所示。
图2 太阳模拟器系统结构
(1)太阳模拟器光源
太阳模拟器的光源选择多种多样，通常情况下使用氙灯作为光源。氙灯是利用高压和超高压惰性气体进行放电而发光的一类高效光源。它产生的光谱与太阳光谱非常类似，所以氙灯也被称为“小太阳”。
(2)椭球聚光镜
为了提高太阳模拟器的光能利用率，常常用一个椭球聚光镜将光源发射的光能量高效汇聚到光学积分器的前端。同时，太阳模拟器中常常也配置有平面镜，其作用是转折光轴，从而得以缩短太阳模拟器的整体体积大小。
(4)光学积分器
光学积分器是影响太阳模拟器辐照均匀性的关键，而太阳模拟器辐照均匀性是太阳模拟器重要的技术指标。光学积分器在太阳模拟器中，作为均匀性照明原件被使用，它有很多作用，其中最主要的是:一是使最佳辐照面的辐照特性均匀；二是提高太阳模拟器的光能利用率。
(5)视场光阑
视场光阑的主要作用是使太阳模拟器发出的光经过光学积分器后可以实现很好的光束准直角。与光学积分器一样，视场光阑的作用也很多，但主要也是两个，一是可以过滤经积分器出射时辐照度达不到要求的杂散光，二是使得可以通过调节市场光阑参数来改变光束准直角。
(6)准直物镜
太阳模拟器中，准直物镜是必不可少的元件之一，用来产生模拟太阳光的平行光。更一般的，太阳模拟器的光线准直度由准直系统视场光阑的口径与准直物镜焦距之比来决定，同时，太阳模拟器的有效辐照面积也由准直物镜的参数决定。
(7)光学滤光片
为了使太阳模拟器产生的光更好地符合现实中的自然光的光谱特性，常常在太阳光谱出射光的路径上加上一个光学滤光片，使太阳模拟器产生的光线的光谱特性很好的达到我们想要的特性[1]。
图3 光学系统构成（太阳模拟器）
2 太阳模拟器的参数
2.1 太阳模拟器的几个重要参数
2.1.1 辐照度（irradiance）
辐照度表示各种频率辐射的总量。是电磁辐射入射于曲面的单位面积的功率，由公式（2.1）定义
（2.1）
采用国际单位制，辐照度单位为：瓦特每平方米（W/m2）。太阳辐照度又称为“日射量”，其值等于地面上的一块水平平面所接受到的“直接辐照度”与“漫辐照度”的代数和。对于倾斜平面，还必需添加“反射辐照度”，即从地面反射出的辐照度。
2.1.2 辐照不均匀度（irradiance nonuniformity）
辐照不均匀度指：在太阳模拟器有效辐照面上，随着位置的改变，太阳模拟器辐照度将会发生变化，这种变化的最大相对偏差称为辐照不均匀性[5]，其计算公式为
（2.2）