高能量利用率太阳辐射模拟光学系统设计

摘要

针对以往大型太阳模拟器结构复杂、能量利用率低、均匀性较差等的不足,提出了高能量利用率太阳辐射模拟光学系统设计方法。基于真实氙灯光源的发光特性设计椭球聚光镜,通过添加球面反光镜,利用组合聚光系统提高能量利用率,依据光瞳匹配原则设计光学积分器,利用边缘消杂光法提高辐照均匀性。仿真分析可知:组合聚光系统比单个椭球聚光镜能量利用率提高21.2%,利用边缘消杂光法比边缘补偿法辐照均匀性提高4%。实验结果表明:工作距离20 m,辐照面直径Φ2 m时,最大辐照度为1363.1 W·m^(−2),辐照不均匀度为±4.5%,实现大面积、高能量利用率的太阳光辐射模拟,为航天领域太阳敏感器地面半物理仿真与测试提供有效手段。