太陽模擬器中橢球面聚光鏡參數的確定

呂 濤，張景旭，付東輝，陳小云，劉 杰

（1.中國科學院 長春光學精密機械與物理研究所，吉林 長春130033；2.中國科學院大學，北京100039）

引言

太陽模擬器是空間環境模擬的重要組成部分，可用于人造衛星的外空間環境熱平衡實驗、太陽電池的光電轉換實驗以及太陽電池在陽光輻照下的性能衰減實驗等。近年來隨著科技的發展，太陽模擬器也被廣泛應用于衛星姿態控制的太陽敏感器標定、衛星表面涂層光譜特性測試、遙感技術中地物目標的光譜輻射特性測試和控制農作物光照條件的實驗等領域［1-6］。太陽模擬器是以光能量傳輸為目的的光學儀器，一般由光源、聚光鏡、光學積分器和準直物鏡組成，光源一般選用具有高亮度、大功率且具有寬范圍連續光譜的發光體，目前選用較多的是高壓短弧球型氙燈，聚光鏡能夠將光源發出的能量進行收集，減少能量的散射損耗，光學積分器是一種高質量的勻光元件，能夠將聚光鏡匯聚后的光能量交錯疊加從而在輻照面上獲得極高的均勻性，準直物鏡將積分器出射的光束準直從而模擬太陽光的準直性。聚光鏡設計的優劣直接影響太陽模擬器能量傳輸的效率，由于氙燈的軸對稱性及亮度分布特點，一般選用橢球面聚光鏡。橢球面聚光鏡是一種反射式聚光系統，能夠將位于第一焦點的理想點光源發出的光能量收集并匯聚到第二焦點上，設計合理的橢球面參數可以獲得極高的能量利用率，因此在均勻照明系統尤其是太陽模擬系統中常常采用橢球面聚光鏡。……