太阳光模拟器是一种能在实验室环境中精准复现太阳光照特性的设备，其核心目标是通过人工光源和光学调控技术，模拟太阳的光谱分布、辐照度（光强度）、空间均匀性等关键参数，为航天、光伏、农业、科研等领域提供稳定可控的 “人造阳光”。其工作原理可拆解为光源激发、光谱调控、光强控制、均匀化处理四大核心环节，具体如下：
太阳光模拟器的基础是人工光源，需通过特定发光器件产生初始光辐射，其性能直接决定模拟的基础能量水平。常见光源类型及原理如下：
氙灯（最主流）：利用氙气在高压电弧放电时产生的连续光谱，涵盖紫外（UV）、可见光（VIS）到近红外（NIR）波段，与太阳光谱的自然连续性高度匹配。氙灯的发光强度高、光谱范围宽，是模拟全光谱太阳光的核心光源。
LED 阵列：由不同波段的 LED 芯片（如紫外 LED、红 / 绿 / 蓝可见光 LED、近红外 LED）组合而成，通过精准控制各芯片的发光强度，实现对太阳光谱的分段调控。LED 光源具有寿命长、能耗低、响应速度快的优势，适合需要动态调节光谱的场景（如农业光配方研究）。
卤钨灯：通过钨丝通电发热发光，补充红外波段的辐射能量，常与氙灯配合使用，增强近红外区域的光谱匹配度。
光源的激发过程需通过稳定的电源系统供电，避免电压波动导致光强不稳定，通常搭配高精度稳流 / 稳压电源，确保光源输出的能量稳定。
太阳光谱在不同应用场景中存在差异（如地面阳光为 AM1.5G 光谱，太空为 AM0 光谱），太阳光模拟器需通过光学滤波与修正技术，将光源的原始光谱调整至目标光谱。核心手段包括：
滤光片组合：通过在光路中加入特定波段的滤光片（如紫外截止滤光片、红外增强滤光片、中性密度滤光片），剔除光源中与目标光谱不匹配的波段，或增强特定波段的能量。例如，模拟太空环境的 AM0 光谱时，需去除大气吸收的红外波段，通过滤光片修正氙灯的光谱偏差。
光谱微调模块：针对高精度场景（如光伏电池效率测试），设备内置可调节的光谱补偿组件，通过电机控制滤光片的插入深度或角度，实现对特定波段（如 600-700nm 可见光区）的精细调控，确保光谱匹配度（SM）达到国际标准（如 IEC 60904-9 要求 SM≥0.75）。
LED 光谱合成：对于 LED 光源模拟器，通过独立控制红、绿、蓝、红外等不同 LED 的电流，直接调节各波段的能量占比，实现对目标光谱的数字化匹配，灵活性远高于传统滤光方式。
太阳光照强度会随时间、环境变化（如晴天、阴天、海拔差异），模拟器需通过光强调节系统实现辐照度的精准控制（单位：W/m² 或 mW/cm²）。常见技术包括：
可变光阑 / 衰减片：通过机械结构改变光路中的通光面积，或插入不同透过率的中性衰减片，实现光强的粗调与量程切换（如从 100W/m² 调节至 1000W/m²）。
光源功率闭环控制：结合高精度辐照度传感器（如硅光电池、热电偶探测器）实时监测输出光强，通过反馈电路调节光源的供电功率（如氙灯的电流、LED 的驱动电压），确保光强稳定性（如 ±0.5%/ 小时），满足长期实验需求（如材料老化测试）。
脉冲光强调节：部分模拟器支持脉冲模式，通过控制光源的发光时间占空比（如 10%-100%），在短时间内输出高强度脉冲光，模拟太阳耀斑等极端光照场景（如航天材料抗辐射测试）。
实际应用中，被测试样品（如光伏电池、卫星部件）需要均匀的光照覆盖，否则会导致测试误差。太阳光模拟器通过光学匀光系统实现光照的空间均匀性，核心技术包括：
积分球：一种内壁涂有高反射率材料（如聚四氟乙烯）的空心球体，光源从侧面入射后，光线在球内经过多次反射，从出口射出时形成均匀的面光源，均匀性可达 ±2% 以内，广泛用于光伏电池效率测试。
透镜阵列 / 漫反射板：通过微透镜阵列将光束分割为多个子光束并重新叠加，或利用漫反射板（如磨砂玻璃、全息扩散片）将平行光散射为均匀漫射光，确保样品表面的光照强度分布一致（如农业作物的均匀光照射）。
精密光路准直：通过反射镜、准直透镜等组件将光源发出的发散光校准为平行光，模拟太阳光的平行性（尤其是航天领域，需还原太空平行光照射条件），平行度可控制在 ±0.5° 以内。
太阳光模拟器的工作原理是光源激发提供能量基础→光谱调控匹配目标光谱→光强控制确保能量精准→均匀化处理保障空间稳定，四大系统通过电子控制单元（ECU）协同工作，最终输出与自然太阳光高度一致的人工光照环境。其核心价值在于突破自然光照的不可控性，为各行业提供可重复、可调节、高精度的光照条件，推动从材料研发到产品测试的全流程创新。
例如，赛凡光电的太阳光模拟器通过 “氙灯 + LED 补光” 的混合光源设计、多层滤光片光谱修正技术，以及积分球匀光系统，可实现 AM0/AM1.5G 等多光谱切换，光强稳定性达 ±0.3%/ 小时，均匀性 ±1.5%，满足航天材料老化、光伏效率检测等高端场景的严苛需求。
