用于光化學的太陽模擬器

2020-07-26

空氣污染研究中用于光化學的太陽模擬器

這個太陽模擬器發(fā)出在高層大氣中的太陽光譜

Solar simulator for Photochemistry in Air pollution studies

This solar simulator produces solar spectrum found in the upper atmosphere

科學家聯(lián)系了我們，需要開發(fā)定制的太陽能模擬器，以實現(xiàn)政府的高度優(yōu)先研究計劃。他們對研究高層大氣中的空氣污染效應和光化學具有獨特而特殊的光譜要求?？蛻舻臉悠肥沂且粋€裝有懸浮氣溶膠的旋轉圓柱鼓，需要均勻和準直的照明。但是，狹窄的實驗室空間以及連接到樣品桶的其他設備的存在對我們提出的解決方案施加了多個限制。

客戶要求

1）照射1280W/m2；光譜分布以匹配在高層大氣中測得的光譜。

2）太陽模擬器的輸出光譜規(guī)定為280nm – 750nm。

3）照明區(qū)域覆蓋直徑80厘米的目標

4）整個感光鼓容積的空間不均勻度為+/- 10％（ASTM E927）。

5）高度準直的光在樣品鼓的整個深度均勻照射。

6）分四步降低輻照度，低至總輻照度的10％

7）客戶需要將系統(tǒng)安裝在較小的實驗室空間內，這增加了其他設計和工程約束。

復雜的技術要求

? 由于嚴格的空間限制，容納對于獲得高空間均勻性和高準直性必不可少的光機械組件在技術上具有挑戰(zhàn)性。

? 要根據(jù)高空發(fā)現(xiàn)的太陽光譜實現(xiàn)光譜匹配，需要定制設計的硬涂層干涉濾光片。

? 要同時達到空間均勻性，大目標區(qū)域和高準直度的矛盾標準，就需要迭代的光學設計和計算機化的光線追蹤模擬。

? 光學組件需要進行耐久性測試，以查看它們是否可以長時間承受高強度的光。

構思和設計系統(tǒng)

在**初的概念設計階段，制作了幾種不同的光線跟蹤模型來評估**有效的光學設計。找到光學元件的正確幾何位置還需要對光學設計進行幾處改動。進行了多次射線追蹤模擬，以評估準直度和輻照度分布。

該系統(tǒng)的核心是6500 W氙氣短弧燈和深橢圓形反射鏡，可產生**的光功率并將其重定向到均質系統(tǒng)中。使用定制的高度純化的熔融二氧化硅均質棒來實現(xiàn)樣品鼓中所需的空間均勻性。均質化的光被引導通過Koehler透鏡配置，被轉向鏡折回，然后再次被折回并被準直鏡導入樣品鼓。其中一個焦距為3 m的近乎一米直徑的準直鏡是由Sciencetech的一家鏡片供應商專門生產的，并經過Sciencetech的測試，以確認達到了目標輻照度。

光譜濾光片

定制了特殊的光譜濾光片，可根據(jù)客戶要求模擬太陽光譜。Sciencetech的液體過濾器中的水吸收了數(shù)百瓦的不想要的紅外波長，并且使用循環(huán)冷卻系統(tǒng)消散了熱能。