本發明涉及光譜技術領域，具體涉及一種三結砷化鎵太陽電池測試用的太陽模擬器光學系統。

背景技術：

太陽模擬器是在室內模擬在不同大氣質量條件下太陽光輻照特性的一種試驗或標定設備。太陽模擬技術應用在很多領域，例如航天器的地面環境模擬試驗；衛星飛行姿態控制用的太陽敏感器的地面模擬試驗與標定；太陽光伏器件太陽電池的試驗與檢測，遙感技術中室內模擬太陽光譜輻照，生物科學中研究植物發育與培育良種等等。不同場所的應用對太陽光輻照的要求是不同的，因此對太陽模擬器光學系統的要求也是有區別的。

目前人類在太空中的衛星等航天器兩端都安裝了大型的空間太陽電池陣，它是衛星等航天器的核心供電裝置。隨著空間太陽電池陣的不斷發展，三結砷化鎵電池已經逐漸取代了傳統的硅光電池。三結砷化鎵電池的光電轉換效率比硅光電池要高很多，同時三結砷化鎵電池的耐溫性也比較好，而且可以制成薄膜和超薄型太陽電池。三結砷化鎵電池的測試需要精確模擬空間太陽光的光譜特性。

現有AAA級太陽模擬器光學系統，它的光譜匹配精度可以達到A級標準。

但存在的主要問題是：使用單一的AM0濾光片對氙燈光譜進行濾光，雖然能使系統滿足A級光譜匹配要求，但在各個局部譜段與AM0太陽光譜有一些差距，特別是在800nm～1000nm之間有較大差距，無法滿足測試三結砷化鎵電池的要求。

技術實現要素：

本發明為解決現有太陽模擬器光學系統在局部譜段與太陽光譜存在差距，導致無法滿足測量要求等問題，提供一種三結砷化鎵太陽電池測試用的太陽模擬器光學系統。

三結砷化鎵太陽電池測試用的太陽模擬器光學系統，包括氙燈、橢球反射鏡、濾光片陣列、第一平面反射鏡、AM0濾光片、光學積分器、第二平面反射鏡和準直物鏡，還包括濾光片陣列；

所述濾光片陣列包括第一濾光片、第二濾光片和第三濾光片各兩片；所述第一濾光片、第二濾光片和第三濾光片均為兩片，且沿圓周間隔均布；

所述氙燈發出的光經橢球反射鏡反射后，通過濾光片陣列濾光，再經過第一平面反射鏡改變光束方向后由AM0濾光片再次濾光，并匯聚于光學積分器，然后依次經光學積分器、第二平面反射鏡以及準直物鏡后投影到輻照面上，形成均勻的輻照面。

本發明的有益效果：本發明為提高太陽模擬器光學系統的光譜匹配精度，解決三結砷化鎵電池測試對光譜匹配要求苛刻的問題。本發明通過四種濾光片的配合使光學系統的光譜匹配精度大大提高，滿足了三結砷化鎵太陽電池的測試要求；積分器使用更多的元素透鏡使得系統的均勻性更好達到，有利于均勻性的調節；最終獲得了一種滿足三結砷化鎵太陽電池測試用的太陽模擬器光學系統。

本發明中的太陽模擬器光學系統使用四種濾光片互相配合，能夠在0.3μm～0.65μm，0.65μm～0.9μm，0.9μm～1.7μm各譜段內準確的模擬太空環境中太陽光的輻照度，可以為三結砷化鎵電池的測試和篩選提供可靠的數據，從而為衛星的太陽電池陣性能提供有效的依據。

附圖說明

圖1為本發明的三結砷化鎵太陽電池測試用的太陽模擬器光學系統結構示意圖；

圖2為本發明中濾光片陣列的結構示意圖；

圖3為本發明中的光學積分器的正視結構示意圖；

圖4為圖3的側視結構示意圖。

具體實施方式

具體實施方式一、結合圖1至圖4說明本實施方式，三結砷化鎵太陽電池測試用的太陽模擬器光學系統，包括氙燈1、橢球反射鏡2、濾光片陣列3、第一平面反射鏡4、AM0濾光片5、光學積分器6、第二平面反射鏡7和準直物鏡8；濾光片陣列3包括第一濾光片9、第二濾光片10和第三濾光片11各兩片；光學積分器6如圖3和圖4所示，包括元素透鏡12、場鏡光膠板13、投影鏡光膠板14和迭加透鏡15。25塊正方形元素透鏡12光膠在場鏡光膠板13上構成場鏡，25塊正方形元素透鏡12光膠在投影鏡光膠板14上構成投影鏡，兩鏡組同光軸相反安裝。

具體結構關系是：氙燈1的陰極尖端位于橢球反射鏡2的第一焦點處，兩者的光軸重合；濾光片陣列3位于橢球反射鏡2的上方，與橢球反射鏡2同光軸，第一濾光片9、第二濾光片10和第三濾光片11三種各兩片，六片濾光片成60度在圓周上均布。第一平面反射鏡4與橢球反射鏡2的光軸成45度角，橢球反射鏡2的光軸通過第一平面反射鏡4的中心。第一平面反射鏡4的中心、光學積分器6的中心、第二平面反射鏡7的中心在同一光軸線上，該同一光軸線與橢球反射鏡2的光軸垂直；在同一光軸線上從左至右依此排列裝有AM0濾光片5和光學積分器6；AM0濾光片5的透光面與同一光軸線成70度角；光學積分器6包括場鏡、投影鏡和迭加透鏡15，場鏡位于橢球反射鏡2的第二焦點上，從左至右依次是場鏡、和迭加透鏡15。第二平面反射鏡7的反射面與同一光軸線成45度角。準直物鏡8的光軸通過第二平面反射鏡7的中心，同時準直物鏡8的光軸與第二平面反射鏡7、光學積分器6、第一平面反射鏡4所在的同一光軸線垂直。

本發明的工作原理：如圖1所示，氙燈1發出的光，經橢球反射鏡2反射后，通過濾光片陣列3濾光，再經過第一平面反射鏡4改變光束方向，再經過AM0濾光片5再次濾光，得到與太陽光譜接近的光譜分布，然后以給定的包容角匯聚于光學積分器6的場鏡處，形成一個較大范圍的輻照分布，這個較大范圍的輻照分布經一系列元素透鏡12分割后形成多個光通道，再經光學積分器6的投影鏡陣列對應的元素透鏡12成像到無窮遠，經過迭加透鏡15形成一個較均勻的輻照范圍，然后經第二平面反射鏡7改變光束方向，最后通過準直物鏡8以一定的光束準直角，投影到輻照面上，形成一個均勻的輻照面。

本實施方式中所述的氙燈1功率為1kW；橢球反射鏡2材料為鋁7075，光學表面鍍鎳之后鍍鋁反射膜和二氧化硅保護膜；濾光片陣列3共三組濾光片，每組兩片，其中第一濾光片9為鋼化透紅外玻璃HB700，第二濾光片10為隔熱玻璃GRB3，第三濾光片11為800nm～1000nm的帶通濾光片，材料為JGS3玻璃；第一平面反射鏡4的材料采用鋁7075，與橢球反射鏡2采用相同工藝；AM0濾光片5為800nm～1000nm的帶阻濾光片，材料為JGS3玻璃；制作光學積分器6中的場鏡和投影鏡的元素透鏡12、場鏡光膠板13、投影鏡光膠板14以及迭加透鏡15的材料均采用JGS3石英玻璃，光學積分器6的每一個元素透鏡12，均為平凸型正方柱體，元素透鏡12與場鏡光膠板13以及投影鏡光膠板14之間為光膠連接，各元素透鏡柱面之間為自然貼合，由25個元素透鏡12組成。第二平面反射鏡7材料使用K9玻璃，在光學面上鍍鋁反射膜和二氧化硅保護膜；準直物鏡8采用雙凸透鏡，材料采用K9玻璃，兩光學表面鍍減反膜。最終達到圖1所示效果，得到滿足三結砷化鎵電池測試使用要求的太陽模擬器光學系統。