大面积发散太阳模拟器均匀照明方法研究

为实现太阳模拟器的大辐照面积均匀照明,研究了大面积发散太阳模拟器光学系统的设计与仿真。分析了复眼透镜阵列组与发散投影系统工作原理及旁瓣效应产生机理;基于嵌套建模思想,结合多项式拟合方法,得出了氙灯轴上强度分布曲线,并根据氙灯发光能量对称性质,实现了氙灯空间光强分布模拟;结合提出的光学系统设计边界条件与参数,设计了光束整形系统、复眼透镜阵列组和发散投影系统。实验结果表明：当工作距离为20000mm,辐照面直径1500mm范围内,辐照均匀度为92.8%,满足了大面积发散太阳模拟器均匀照明的使用需求。     

大面积发散太阳模拟器的均匀照明

为实现太阳模拟器的大辐照面积均匀照明,研究了大面积发散太阳模拟器光学系统的设计与仿真。分析了复眼透镜阵列组与发散投影系统的工作原理及旁瓣效应的产生机理;基于嵌套建模思想,结合多项式拟合方法,得出了氙灯轴上的强度分布曲线,并根据氙灯发光能量对称的性质,实现了氙灯空间光强分布的模拟;结合提出的光学系统设计边界条件与参数,设计了光束整形系统、复眼透镜阵列组和发散投影系统。实验结果表明:大面积发散太阳模拟器的工作距离为20 000mm,辐照面直径为1 500mm,辐照均匀度为92.8%,满足均匀照明的使用需求。     

气象辐射计量检测系统装调方法研究

为满足气象辐射计量检测系统对气象辐射表的检测与标定要求,以研制太阳模拟器及多维检测平台为研究对象,提出了一种系统装调方法。建立气象辐射计量检测系统装调流程后,完成气象辐射计量检测系统装调过程,分析光学积分器对辐照均匀性的影响,并给出辐照不均匀性测试方法。通过实验测试,该气象辐射计量检测系统可完成不同时段太阳光束的精确模拟,并满足中60mm口径内辐照不均匀度在±1％范围内。,φ170mm口径内辐照不均匀度在±2％范围内的设计要求。     

高能高准直性太阳模拟器设计

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。     

大面积双光源稳态太阳模拟器的研制

基于IEC(International Electrotechnical Commission)标准在太阳电池热斑试验、薄膜电池老练试验中CCC级太阳模拟器要求[1-2],本文提出了一种稳态长弧氙灯与金卤灯相结合的大面积稳态太阳模拟器。首先根据实际测量的光源光谱,分析计算了这种双光源模拟器达到C级光谱匹配要求的条件;其次,我们使用Tracepro软件建立初始结构模型,并通过宏编程对辐照均匀性进行仿真优化;然后,针对两种光源的不同特性提出了半闭环光强调节与控制的思路。最后,我们在1.2m×2m有效辐照面上实现了:光强在600-1000W/m2范围内可调,光谱匹配度达到C级,辐照均匀性达到B级(±5%),辐照不稳定性达到A级(±2%)的性能要求。     

大型月球模拟器总体研究

论述了大型月球模拟器的工作原理,对口径为Φ2 500mm月球模拟器进行了系统设计,整个系统由光源、匀光板、光源控制系统、计算机控制系统、模拟器机械系统等组成。提出了大型月球模拟器光学系统的设计方案,采用LED阵列作为月球模拟器光源,使用光源控制系统控制LED组元的亮灭模拟月相变化,从而真实地模拟了月球的准直、均匀性以及月相变换的特性。经对月球模拟器进行光机结构分析和仿真分析,得到其最大自重变形为16.4μm,最大自重应变为2.1×10-4 m/m,不同月相的发光面照度不均匀度为14.7%,亮度不均匀度为17.2%,均满足设计指标要求。     

基于LED阵列光源的太阳模拟器

针对目前LED太阳模拟器辐照度低、光谱匹配性差等不足,提出一种由LED阵列光源,菲涅尔透镜、光学积分器、准直物镜组成的LED太阳模拟器。首先根据多光谱拟合理论,在400~1 100nm优选15种不同波段的LED光源,计算出光源所需功率,实现太阳光谱的精确匹配。其次优化设计了菲涅尔透镜、光学积分器以及准直物镜,校正了太阳模拟器的像差,提高了太阳模拟器的能量利用效率以及辐照均匀性,并利用LightTools软件对所设计的光学系统进行仿真分析。最后搭建了光学系统实验装置,测试结果表明:100mm×100mm内的辐照度达到1 376.3 W/m~2;拟合的太阳光谱匹配度达到AM1.5条件中的A级,辐照不均匀度为±1.73%,辐照不稳定度为±0.82%,综合性能指标达到太阳模拟器中的3A级水平。     

太阳电池测试系统设计

为满足太阳电池生产企业需求,采用长弧脉冲疝灯加光学系统组成太阳模拟器,设计了一种太阳电池组件测试系统,用于测试太阳电池各种参数。测试结果表明,该测试系统的光谱匹配度及辐照不均匀度均达到A等级技术指标要求。     

用于太阳电池测试的太阳模拟技术

为了提高太阳模拟器的性能,更准确地测试太阳电池的特性参数,对模拟器的光源辐照利用率、辐照均匀度、辐照度与辐照稳定性的控制进行了研究.选取同轴光学系统结构作为模拟器光学系统,通过改进光学系统的结构排布,增加光积分器等方法,改善光源辐照利用率与辐照均匀度;在分析现役模拟器控制线路的基础上,采用光反馈技术对控制线路进行重新设计,提升系统对辐照度与辐照稳定性的可控性.实验结果表明:新型的太阳模拟器能有效地控制辐照度与辐照稳定性,在直径250 mm范围内,标准光强为1000 W/m2的条件下,辐照均匀度为2.5%,辐照稳定性＜1%,较大地改进了太阳模拟器的性能.     

光电测量设备光学系统的像面照度均匀性检测

提出了一种光电测量设备光学系统像面照度均匀性的检测方法.该方法首先对被检设备的CCD进行标定,然后用给出的均匀性检测系统对整机光学系统进行检测.该检测系统利用积分球产生均匀背景光信号,将光测设备置于积分球通光口处,利用计算机采集CCD图像.根据CCD的标定结果,用两点多段校正算法对采集到的图像进行校正,通过对校正后的图像进行分析,得到像面照度的不均匀度.此外,将图像分为多个区域,计算各个区域的灰度与像面中心区域灰度的比值,得出图像的灰度分布,实现了光电测量设备光学系统像面照度均匀性的室内检测.利用研制的光电测量设备光学系统像面照度均匀性检测系统对某型号光电测量设备进行了检测,得到了该设备光学系统像面照度不均匀度达到18.7%,不满足不均匀度≤10%的要求,应对该光测设备进行重新装调.在重新装调后对该设备进行复检,得到重新装凋后的不均匀度为6.7%,像面照度均匀性得到了提高,验证了该方法的有效性.     

模块化等亮度LED路灯设计

针对当前LED路灯照明采用照度均匀的设计方法无法满足道路照明实际需求的情况,通过推导自由母线的偏微分方程,在研究路灯配光特性的基础上,应用SolidWorks软件建立LED路灯的光学模型,将光学模型导入TracePro软件进行仿真,应用DIALux软件模拟实际道路场景和路面的光照情况,完成一款符合国家标准的LED道路照明灯具配光设计。设计灯具的路面亮度总均匀度和路面纵向均匀度分别为0.82和0.77,都高于国家照明标准,既满足亮度均匀性的要求,也满足照度均匀性的要求。并研发了一款全新的模块化灯具结构,实用方便,市场前景广阔。     

均匀照明系统的设计与应用

本文对提高光学系统照明均匀性问题进行了详细的研究,提出了多种改善照明均匀性的光学系统设计方案,列举了有关应用方面的问题。     

总辐射表计量检定设备自动化检测系统设计

为了保证总辐射表计量检定系统本身量值的可靠性和精度,研究设计了一种总辐射表计量检定设备自动化检测系统。从功能检测和性能检测两个方面对总辐射表计量检定设备自动化检测系统进行了硬件和软件的详细设计。本文所设计的自动化检测系统能够满足总辐射表计量检定设备的设备正常化检测和量值稳定性检查需求,确保了总辐射表计量量值传递的准确、可靠。     

光波导功分器的短缩优化设计方法研究

提出并验证了一种针对光波导功分器短缩化的新的设计方法。在BPM软件仿真运行的基础上,归纳了单位圆心角弯曲损耗与曲率半径之间关系的仿真实验公式,建立了光波导功分器各级Y分支之间的单调弧形连接模型,确定了光波导分路器的长度、总的弯曲损耗、单口弯曲损耗以及均匀性的计算公式。综合考虑光波导功分器各参数间关系,采用了遗传算法全局优化技术,设计了合理可行的评价函数。通过对1×8石英光波导功分器的验证表明,与现行同类产品相比,插入损耗和均匀性指标持平,有效长度缩短了3.5mm以上。     

LED阵列式紫外固化光源光学系统设计

设计了一种新型的LED阵列式紫外固化光源系统,该系统主要包括多路可控恒流源,紫外LED空间阵列及光学系统等,其中紫外LED空间阵列结构提高了光源的辐照度和均匀性。在分析光源结构的基础上,对其光学系统进行了设计,给出了LED空间阵列光学系统的设计方法和设计实例,并利用Light Tools光学仿真软件对其进行了模拟。结果表明:采用该光学设计方法得到的空间阵列辐照系统,其紫外辐照度可达200 mW/cm²,辐照面上光强分布均匀稳定,能够满足紫外光固化过程对光源的指标要求。     

应用于冷光学组件的透镜支撑技术研究

对于采用冷光学技术的短波红外透射式成像系统,由于光学元件及支撑结构的加工、装调温度与实际工作温度差异较大,几何形状的变化差异将导致光学元件出现位置误差,甚至受到破坏。本文根据低温红外系统对光机结构的设计要求,遵循均一性和不调整两个原则设计和加工一套短波红外成像系统的光机结构。在透镜和支撑结构件的配合面上分别加工45°的斜面,以充分适应光学元件与其支撑结构在温度变化过程的热胀冷缩,避免了光学元件和支撑结构由于受热变形差异过大而产生的不可恢复性破坏,最后通过实验验证了该光学支撑方案在80K的低温下具有良好的成像效果,本文的研究为今后大温差下的红外光机系统设计提供了较高的参考价值。     

LED和梯度折射率透镜投影系统光路设计

现有的数字光处理投影(DLP)系统采用色轮和中继透镜等元器件,由此导致投影系统结构复杂。针对现有技术的缺陷,本文设计了一种以三色LED作为照明光源,以梯度折射率透镜形成平行光的新型DLP投影系统。和传统的投影系统相比,减少了色轮、中继透镜、反射镜等元器件,简化了光学系统的结构。借助于Tracepro软件进行了模拟与仿真,对光线追迹的结果进行分析,分析得到整个投影系统的光斑均匀性为96.9%。结果表明本设计使投影系统的光路得到了简化,光斑的均匀性也得到了改善。本设计只需要选择合适的投影镜头,就可以消除LED面光源宽度过大对投影光斑的影响。