高能高准直性太阳模拟器设计-论文.pdf

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1、第36卷第2期光学仪器VoL36，No．22014年4月OPTICALINSTRUMENTSApril，2014文章编号：1005—5630(2014)02—0136—06高能高准直性太阳模拟器设计王鹏伟，张国玉，王国名，杨思文(1．长春理工大学光电工程学院，吉林长春130022；2．吉林省光电测控仪器工程技术研究中心，吉林长春130022)摘要：设计一种能够同时满足辐照面辐照度达到一个太阳常数和32张角的太阳模拟器。利用理论计算和光学软件仿真相结合的设计方式，对聚光系统、积分器和准直系统分别进行设计与优化，并提出一种新的氙灯建模方式，最后利用lighttools对整体光学系统进行

2、仿真分析，获得了各部件在光学系统中的最佳位置，使整个光学系统达到较高的能量利用率和辐照均匀性。关键词：太阳模拟器；组合椭球镜；光学积分器；准直镜；仿真中图分类号：TH745文献标志码：Adoi：10．3969／j．issn．1005-5630．2014．02．010ThedesignofhighenergycollimatedsolarsimulatorWANGPengwei，ZHANGGuoyu，WANGGuoming，YANGSiwen(1．SchoolofOpto-ElectronicEngineering，ChangchunUniversityofScienceandTec

3、hnology，Changchun130022，China2．JilinEngineeringResearchCenterofPhotoelectricMeasurementandControlInstruments，Changchun130022，China)Abstract：Designasolarsimulatorwhichcansimultaneouslyachieveafullsolarconstantirradianceand32angle．Withthedesignoftheoreticalcalculationsandopticalsimulationsoftwar

4、e，wedesignandoptimizethecondensersystem，systemintegratorandthecollimator，andputforwardanewmodelingmethodxenonlamp．Andfinally，withlighttoolswehaveasimulationandanalysisoftheoverallopticalsystemandobtainthebestpositionofeachcomponentintheopticalsystemfromthesimulationprocess，andmaketheentireopti

5、calsystemachievehighenergyefficiencyanduniformityofirradiation．Keywords：solarsimulator；combinationcondenserlens；opticalintegrator；collimatinglens：simulation引言作为一种重要的太阳敏感期地面标定设备，太阳模拟器能够模拟太阳辐照特性和精确的太阳张角。从目前公开的资料看，用于地面标定的太阳模拟器受系统各参数的相互制约，无法同时满足辐照面达到一个太阳常数，太阳张角32『+0．5『的要求，只能根据实际要求牺牲其中的一个指标。本文在传统太阳

6、模拟器设计的基础上，以提高能量利用率为首要任务，提出了一种新型太阳模拟器光学系统设计方案，在保证太阳光谱和辐照均匀性要求的基础上，成功解决了无法同时满足真实太阳张角和真实太阳辐照度的技术难题，达到所需的技术指标。收稿日期：2013—11—07作者简介：王鹏伟(1989一)，男，硕士研究生，主要从事光学设计方面的研究。E-mail：401083401@qq．com导师简介：张国玉(1962一)，男，教授，博士，主要从事空间模拟器研制方面的研究。E-mail：zh—guoyu@yahoo．com．cn第2期王鹏伟，等：高能高准直性太阳模拟器设计·137·1太阳模拟器的总体设计太阳模拟器

7、的光学系统主要由氙灯、聚光系统、积分器、视场光阑和准直镜组成，如图1所示。面＼、＼、＼／／r●●f／●●．‘I图1太阳模拟器总体设计Fig．1Overalldesignofasolarsimulator氙灯主要提供足够的辐照能量，并配合滤光片获得满足要求的太阳光谱。聚光系统主要提高聚光效率，获得较高的能量利用率。积分器作为主要的匀光器件，是光学系统获得高均匀性辐照面的主要部分。视场光阑与准直镜提供满足要求的准直光束。将氙灯置于聚光系统中椭球聚光镜的第一焦点处，聚光系统