LED 太阳光模拟器光照均匀性控制：从理论设计到工程实现

 

LED 太阳光模拟器作为材料化学、绿色能源等领域关键的测试工具，其光照均匀性直接影响实验数据的可靠性。Luminbox聚焦太阳光模拟器技术创新，深度洞悉光照均匀性对各行业技术突破的关键作用。如何确保模拟器输出稳定且均匀的光照？下文Luminbox将从光学设计、硬件优化、校准技术等维度，解析保证光照均匀性的核心技术路径。

光学设计优化

luminbox

 

新型LED太阳模拟器光学结构示意图

1. LED 灯珠阵列的精密排布

LED 光源的阵列布局是光照均匀性的基础。常见的排布模式包括：

矩阵式均匀分布：在方形测试区域中，灯珠按等间距行列排列，确保单位面积内光强密度一致，适用于常规平面测试场景；

蜂窝状拓扑结构：以六边形网格排列灯珠，相比矩形阵列可减少边缘光强衰减，提升圆形或不规则区域的均匀性；

梯度功率分布：针对大面积模拟器，边缘区域灯珠功率略高于中心，补偿光传播过程中的衰减，使整体光强趋于平衡。

2. 光学透镜系统的协同作用

单一LED 灯珠发出的光线呈朗伯分布，需通过透镜系统进行光束调控：

准直透镜：采用非球面石英透镜，将发散光线约束为半角≤1° 的准直光束，减少边缘散射导致的光强不均；

扩散透镜：在准直光路中加入菲涅尔扩散透镜，通过微结构使光线发生可控散射，将中心与边缘光强差缩小至5% 以内；

匀光积分器：针对高均匀性需求（如3A 标准），引入柱面镜积分器，通过多次反射与叠加，将空间不均匀度降至≤2%。

反射与漫射装置

luminbox

直射光与反射光的区别示意图

1. 高反射率光学腔设计

在LED 阵列后方或两侧设置反射装置，是补充边缘光强的关键手段：

金属反射罩：采用蒸镀铝膜的反射罩（反射率≥95%），将 LED 向后发射的光线反射至目标区域，尤其对边缘 5cm 范围内的光强提升显著；

漫反射涂层：部分模拟器内壁喷涂BaSO₄漫反射涂料，使反射光呈余弦分布，避免镜面反射导致的局部亮斑。

2. 漫射板的材料与结构创新

漫射板通过散射作用使光场均匀化，其性能取决于材料特性：

磨砂玻璃漫射板：通过物理研磨形成表面微结构，透光率≥85%，散射角≥30°，适用于中低功率模拟器；

聚合物微结构漫射板：采用PMMA 基材嵌入纳米级散射粒子，可实现 “软聚焦” 效果，在 1000W/m² 辐照度下均匀性误差≤1.5%；

动态漫射系统：针对高功率紫外UV 固化模拟器，采用旋转漫射轮，通过机械运动进一步打乱光场分布，消除固定结构导致的干涉条纹。

校准与反馈系统

luminbox

太阳模拟器校准装置

1. 多维度校准流程

出厂前，用±2% 精度硅光探测器以 0.5cm 间隔扫描光强，生成云图；借 Ocean Optics HR4000 等光谱仪比对 AM1.5G 标准光谱，调 LED 电流保光谱匹配度≤±30%、优化均匀性；模拟 25±5℃环境，建温度 - 光强修正模型补偿 - 0.3%/℃温漂。

2. 实时反馈控制技术

布置4-8 个≥10Hz 采样传感器监测光强，偏差超 ±3% 时，PID 系统 ±0.1V 精度调电压，50ms 内响应；支持 PC 端远程校准，维持长期精度。

从光学设计的理论创新到硬件装置的工程实践，再到智能校准系统的精准调控，每一个环节都凝聚着对光照均匀性的极致追求。LuminBox 将继续以光照均匀性等核心性能为突破口，持续推动 LED 太阳光模拟器的技术革新，为材料化学、航空航天等多领域提供更可靠的测试环境，助力行业向更高精度、更高效能的方向加速迈进。

Luminbox大面积LED太阳模拟器

luminbox

 

全光谱大面积LED太阳模拟器以A+AA+综合性能，实现辐照均匀、光谱精准与运行稳定的三重突破，通过权威认证，为科研与工业测试提供高可靠、标准化的全光谱光照解决方案，推动精密光学实验迈向更高精度与可重复性。

A+级光谱匹配：300-1200 nm全覆盖，误差≤1%（IEC标准）。

高均匀辐照：45cm×45cm区域不均匀度仅1.8%（A级）。

超稳运行：20分钟波动≤0.5%（A+级）。

权威认证：国家计量院校准，国际标准合规。

工业级设计：适配光伏、材料、光催化等多场景。

Luminbox 凭借对光谱匹配度、辐照均匀性等核心指标的极致追求，已构建起覆盖LED/氙灯/卤素灯全技术路线的产品矩阵，技术持续创新、关键性能指标表现出色，为客户提供了优质的产品和全场景太阳光环境模拟解决方案。