单秋莎，张国玉*，刘 石，苏 拾，吕文华，贺晓雷

(1.长春理工大学光电工程学院，吉林长春130022;2.中国气象局气象探测中心，北京100081)

1 引言

太阳模拟器是一种模拟太阳光辐照特性的试验与测试设备［1］，它可在地面上模拟出一种与真实的太阳光在辐照度、均匀性［2］、光谱分布、准直稳定等光学特性相接近的光源。太阳模拟器在太阳能利用、卫星姿态部件的测试标定、遥感技术与材料测量等方面具有广泛而重要的应用。

太阳模拟器光学系统可分为照明系统(氙灯光源、椭球聚光镜和光学积分器)和投影成像系统(准直系统)。光能利用率是评价系统性能优劣的标准，如何提高光能利用率是照明系统的关键问题［3］。本文在运用光瞳衔接原理的基础上，根据拉赫不变量对整个系统传递的能量信息量进行分析，并通过照明系统和投影成像系统的匹配，提高了光能利用率。

2 太阳模拟器光学系统的组成及工作原理

图1 太阳模拟器光学系统Fig.1 Optical system of sun simulator

太阳模拟器采用同轴透射式准直光学系统，如图1所示，它由椭球聚光镜、光源(氙灯［4］)、光学积分器(由附加镜Ⅰ、场镜组、投影镜组和附加镜Ⅱ)、视场光阑、准直物镜组组成。椭球聚光镜反射处于第一焦点处氙灯发出的光束，并汇聚到在第二焦点处即光学积分器场镜组，在有效通光孔径内形成一个照度分布。此照度分布经光学积分器透镜阵列中处于对称位置上的单元透镜的分割作用，最后经附加镜Ⅱ和准直物镜的共同作用成像叠加在最佳辐照面处。……