小型太阳模拟器光学系统的设计及仿真

针对目前国内外设计的太阳模拟器外形过于庞大不易携带等问题,本文设计了一种小型太阳模拟器。首先通过触发器提供一个高电压来使氙灯气体电离进入等离子态,从而将位于抛物面反光镜焦点处光源（短弧球形氙灯）点亮并通过抛物面反光镜会聚出射平行光束,通过氙灯光源调焦机构来使光源离焦,最终,在辐照面形成一个辐照度均匀分布的照射。通过对比,本文设计的太阳模拟器更加便携,能为室外等复杂地貌进行试验带来更多便利。结果表明,在工作距离300mm处,其辐照强度调节范围为546-1050.8W∕m^2,辐照不均匀度为±12.5%,满足辐照强度在0.6-0.9kW/m^2之间、辐照不均匀度≤±20%的设计要求。

一种大型太阳模拟器机械系统的设计

针对太阳模拟器的光出射角度不可变和太阳模拟器温控系统不好解决的问题,提出了一种大型太阳模拟器方位和俯仰回转机构及其控制系统和太阳模拟器温控系统的解决方法。方位与俯仰回转机构采用U-T型框架结构,轴系采用滚动轴承支撑结构,机械传动系统采用蜗轮蜗杆传动机构,温控系统采用水冷方式,通过计算机控制系统,完成对方位与俯仰回转机构转角的角位置控制,进而得到不同出射角度的出射光路,通过温控系统完成对氙灯和积分器的冷却。通过对比,发现这种回转机构为试验验证能带来更多的便利,温控系统能有效的控制模拟器温度。结果表明,设计出的方位回转±180°、俯仰回转±30°、转角精度≤0.5°的回转机构以及太阳模拟器温控系统能够满足使用要求。

高轨紫外地球模拟器光学系统的设计与仿真

设计了一种空心发光椭球形紫外地球模拟器光学系统，其中，球体的一半被紫外光源照亮，另一半球不被照亮。通过控制紫外LED灯组合成多个LED组元和灯阵实现工作谱段范围内球表面发光亮度在0．2～1．2W／（sr·m2）可调，发光表面亮度不均匀性优于20％，使用该系统模拟不同太阳亮度时“地相”的几何特征、辐射特性。介绍了地球模拟器的组成和工作原理，利用光学分析软件Lighttools对地球模拟器的辐射亮度不均匀性进行了仿真分析，并利用有限元分析软件Ansys对高轨紫外地球模拟器光机结构在0℃--45℃的变形进行具体分析。结果表明，球体表面亮度不均匀性为9．5％，辐亮度的最大平均值为1．42W／（sr·m2），且光机结构的温度变形量很微小，满足设计要求。