顾国超，王 丽，刘洪波，高 雁，陈家琦

(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春130033)

1 引言

太阳模拟器有集中式和非集中式两种应用方式。前者的特征是在大接收面上提供光谱、均匀性、准直角、能量等各方面都与太阳光相近的辐照，主要用来测试太阳电池光伏特性或做热真空试验，如德国和欧州航空局在1983年建成的太阳模拟器［1-2］以及国内的KM系列太阳模拟器;而后者的特征则是将太阳能聚焦在一个非常小的面积内，达到极高的温度，主要应用于测试部件的高温特性和热化学特性，如Ulmer S和Patrick Coray等人分别利用了相似的结构在一个小接收面上得到了极高的能量［3-4］。

本文所设计的太阳模拟器服务于某种瞬时热量标定系统，在较小的接收面上不仅需要较高的能量输出，对其均匀性也有着非常高的要求。上述两种系统均能满足部分要求，但难以兼顾。高雁等人采用了与Ulmer S的设计相似的聚光系统，配合一个带锥角的通道反射式积分器，在一定程度上兼顾了能量和均匀性［5］;盛益强和王素平等人分别采用了未带锥角的通道反射式积分器进行匀光，均匀性达到了较好的效果［6-7］。综合考虑，本文的设计采用短弧氙灯作为光源，利用椭球聚光镜进行聚光，并配合一个未带锥角的通道反射式积分器进行匀光。文中对椭球聚光镜和通道反射式积分器进行了分析，优化了整个系统，结果显示其能量和均匀性都很好地满足了使用要求。

2 光学设计

2.1 原理及设计指标

本文采用的总体布局如图1所示，主要由短弧氙灯、椭球聚光镜和光学积分器组成。……