合成全波段匹配太阳模拟器光谱的方法技术

本发明专利技术合成全波段匹配太阳模拟器光谱的方法，涉及专用于光谱学的光源装置，是用高斯光谱代替LED发光单元的光谱，是用六种光源产生六种高斯光谱，经过反射镜反射合成得到全波段匹配太阳模拟器光谱，该全波段匹配太阳模拟器光谱在AM1.5G标准中的每一个波段光谱辐照度百分比与AM1.5G标准全波段完全匹配，即该合成光谱与AM1.5G标准中每一个波段光谱辐照度所占整个六个波段总光谱辐照度的百分比完全相同，该方法克服了现有技术所采用的合成光谱与AM1.5G标准中光谱失配度偏差的缺陷。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的技术方案涉及专用于光谱学的光源装置，具体地说是合成全波段匹配太阳模拟器光谱的方法。
技术介绍
太阳模拟器是采用现有人们制备的可控光源，例如汞灯、氙灯、卤素灯以及发光二极管(LED)等，经过光波的变换以及合成，达到太阳发光的效果。太阳模拟器的出现为全天候及任意位置需要太阳照射条件下的实验提供了模拟太阳光源，在光伏太阳电池发电的性能检查、植物的生长、半导体芯片老化以及医疗保健等领域得到了应用。在实现太阳模拟器中，能够与太阳光谱匹配是关键，为此出现了AM1.5G标准、AM1.5D标准和AM0标准，并且定义太阳模拟器分为A、B和C三个级别。在发光二极管(LED)的出现后，采用了不同数量的LED来合成太阳模拟器的光谱，LED固体光源的太阳模拟成为研究的方向。CN104457981A公开了一种新颖的LED太阳模拟器光谱匹配方案，其采用五种LED来合成太阳模拟器光谱，但是其存在合成光谱与AM1.5G标准中光谱失配度偏差的缺陷，需要进一步地减小光谱失配度。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供合成全波段匹配太阳模拟器光谱的方法，是用高斯光谱代替LED发光单元的光谱，是用六种光源产生六种高斯光谱，经过反射镜反射合成得到全波段匹配太阳模拟器光谱，该全波段匹配太阳模拟器光谱在AM1.5G标准中的每一个波段光谱辐照度百分比与AM1.5G标准全波段完全匹配，即该合成光谱与AM1.5G标准中每一个波段光谱辐照度所占整个六个波段总光谱辐照度的百分比完全相同，该方法克服了现有技术所采用的合成光谱与AM1.5G标准中光谱失配度偏差的缺陷。本专利技术解决该技术问题所采用的技术方案是：合成全波段匹配太阳模拟器光谱的方法，使用高斯光谱代替LED光谱，用六种光源产生六种高斯光谱，该六种高斯光谱的中心波长分别落在根据AM1.5G标准的全波段400nm～1100nm中被划分成的第一波段400nm～500nm、第二波段500nm～600nm、第三波段600nm～700nm、第四波段700nm～800nm、第五波段800nm～900nm和第六波段900nm～1100nm这六个波段的中间位置，即上述六种高斯光谱是中心波长分别为450nm、550nm、650nm、750nm、850nm和1000nm，将上述六种高斯光谱经过反射镜聚焦实现光谱的合成得到全波段匹配太阳模拟器光谱，该全波段匹配太阳模拟器光谱在AM1.5G标准的六个波段中的光谱辐照度所占整个六个波段总光谱辐照度的百分比与AM1.5G标准完全匹配，光谱失配度为0。上述合成全波段匹配太阳模拟器光谱的方法，所述六种高斯光谱的标准偏差分别为60nm、60nm、60nm、60nm、60nm和120nm。上述合成全波段匹配太阳模拟器光谱的方法，所述六种高斯光谱的幅度分别为1.238W/m2/nm、0.941W/m2/nm、0.999W/m2/nm、0.669W/m2/nm、0.527W/m2/nm和0.581W/m2/nm。上述合成全波段匹配太阳模拟器光谱的方法，所用的光源和反射镜是本领域公知的设备部件，由公知途径获得；六种高斯光谱经过反射镜聚焦的方式是本领域的技术人员所能掌握的。本专利技术的有益效果是：与现有技术相比，本专利技术的突出的实质性特点和显著进步如下：(1)现有技术中，满足AM1.5G标准的A级太阳模拟器的光谱匹配度75％下限和125％上限的范围，而本专利技术合成的全波段匹配太阳模拟器光谱的光谱匹配度100％，与AM1.5G标准中全波段完全匹配。(2)现有技术中采用了认为在400nm～700nm均匀分布的白光LED，而本专利技术采用高斯光谱模型，调整光谱匹配更灵活。(3)现有技术中，在700nm～900nm、800nm～900nm和900nm～1100nm采用单一谱线较窄的LED光谱匹配，所合成的光谱在这三个波段的边界会较大变化，而本专利技术方法采用六种高斯光谱的半宽分别为对应波段宽度的1.4倍，每种高斯光谱覆盖对应该波段外，还延伸到近邻的波段，本专利技术合成的全波段匹配太阳模拟器光谱更平滑。(4)现有技术中，调节了400nm～600nm光谱匹配后，再调节在600nm～700nm光谱匹配，最后分别调节700nm～900nm、800nm～900nm和900nm～1100nm光谱匹配，而本专利技术方法采用六种高斯光谱在400nm～1100nm中整体实现光谱匹配，更加方便快捷。(5)现有技术中，700nm～900nm、800nm～900nm和900nm～1100nm的LED会不交叠，本专利技术方法中采用的六种高斯光谱，每一种高斯光谱对其中心波长所在的波段中产生主要的光谱辐照度，也会对该波段相邻的波段中产生一定的光谱辐照度，但是对于更远的波段中产生的光谱辐照度已经很小，有利于实现合成全波段匹配太阳模拟器光谱。(6)本专利技术采用AM1.5G标准作为太阳模拟器进行计算，同样的方法可以推广到AM1.5D标准，具有通用性。本专利技术所具有的突出的实质性特点和显著的进步在下面的具体实施方式中得到进一步说明。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1为本专利技术方法用六种光源产生六种高斯光谱进行光谱合成的示意框图。图2为本专利技术方法的六种高斯光谱与其合成的全波段匹配太阳模拟器光谱之间关系的λ-I曲线图。图3为本专利技术方法所产生的全波段匹配太阳模拟器光谱与AM1.5G标准光谱比较的λ-I曲线图。图中，101.产生第一种高斯光谱的光源，102.产生第二种高斯光谱的光源，103.产生第三种高斯光谱的光源，104.产生第四种高斯光谱的光源，105.产生第五种高斯光谱的光源，106.产生第六种高斯光谱的光源，107.反射镜，S.合成光谱接收点，201.第一种高斯光谱，202.第二种高斯光谱，203.第三种高斯光谱，204.第四种高斯光谱，205.第五种高斯光谱，206.第六种高斯光谱，207.全波段匹配太阳模拟器光谱，301.AM1.5G标准光谱；图中，坐标单位的含义是：λ为辐射波长，μm为波长单位，I为光谱辐照度，W/m2/nm为光谱辐照度的单位。具体实施方式图1所示实施例显示用六种光源产生六种高斯光谱进行光谱合成的方法，用六种光源产生六种高斯光谱，分别是：产生第一种高斯光谱的光源101，产生第二种高斯光谱的光源102，产生第三种高斯光谱的光源103，产生第四种高斯光谱的光源104，产生第五种高斯光谱的光源105，产生第六种高斯光谱的光源106，上述六种光源产生的六种高斯光谱经过反射镜107聚焦在合成光谱接收点S，实现光谱的合成。图2所示实施例表明，第一种高斯光谱201的中心波长λ01＝450nm，标准偏差σ1＝60nm，幅度A1＝1.238W/m2/nm；第二种高斯光谱202的中心波长λ02＝550nm，标准偏差σ2＝60nm，幅度A2＝0.941W/m2/nm；第三种高斯光谱203的中心波长λ03＝650nm，标准偏差σ3＝60nm，幅度A3＝0.999W/m2/nm；第四种高斯光谱204的中心波长λ04＝750nm，标准偏差σ4＝60nm，幅度A4＝0.669W/m2/nm；第五种高斯光谱205的中心波长λ05＝850nm，标准偏差σ5＝60nm，幅度A5＝0.527W/m2/n本文档来自技高网...

【技术保护点】
合成全波段匹配太阳模拟器光谱的方法，其特征在于：使用高斯光谱代替LED光谱，用六种光源产生六种高斯光谱，该六种高斯光谱的中心波长分别落在根据AM1.5G标准的全波段400nm～1100nm中被划分成的第一波段400nm～500nm、第二波段500nm～600nm、第三波段600nm～700nm、第四波段700nm～800nm、第五波段800nm～900nm和第六波段900nm～1100nm这六个波段的中间位置，即上述六种高斯光谱是中心波长分别为450nm、550nm、650nm、750nm、850nm和1000nm，将上述六种高斯光谱经过反射镜聚焦实现光谱的合成得到全波段匹配太阳模拟器光谱，该全波段匹配太阳模拟器光谱在AM1.5G标准的六个波段中的光谱辐照度所占整个六个波段总光谱辐照度的百分比与AM1.5G标准完全匹配，光谱失配度为0。

【技术特征摘要】
1.合成全波段匹配太阳模拟器光谱的方法，其特征在于：使用高斯光谱代替LED光谱，用六种光源产生六种高斯光谱，该六种高斯光谱的中心波长分别落在根据AM1.5G标准的全波段400nm～1100nm中被划分成的第一波段400nm～500nm、第二波段500nm～600nm、第三波段600nm～700nm、第四波段700nm～800nm、第五波段800nm～900nm和第六波段900nm～1100nm这六个波段的中间位置，即上述六种高斯光谱是中心波长分别为450nm、550nm、650nm、750nm、850nm和1000nm，将上述六种高斯光谱经过反射镜聚焦实现光谱的合成得到全波段匹配太阳模拟器...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵红东，杨志明，王敬，朱胜银，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12