Nhiệm vụ cốt lõi của Solar Light Simulator là tái tạo quang phổ, cường độ và phân bố không gian gần với ánh sáng mặt trời thực trong phòng thí nghiệm. Trong đó, tính đồng nhất cường độ ánh sáng trực tiếp quyết định độ tin cậy của dữ liệu thí nghiệm. Con đường phát triển của nó chính là lịch sử tiến hóa từ đèn xenon truyền thống đến nguồn sáng laser tiên tiến, mỗi bước đều đi kèm với công nghệ và thách thức.

Thời đại của đèn Xenon: bồi thường cao cho hệ thống quang học

Đèn Xenon hồ quang ngắn là một nguồn sáng cổ điển cho trình mô phỏng và phổ của nó phù hợp hơn với quang phổ mặt trời. Tuy nhiên, bản thân đèn Xenon là một nguồn sáng điểm có độ sáng cao, với cường độ ánh sáng khác nhau đáng kể ở trung tâm điểm ban đầu so với các cạnh. Để tăng tính đồng nhất, con đường kỹ thuật phụ thuộc vào các hệ thống tích hợp quang học phức tạp như bộ tích hợp (thanh ánh sáng) và ống kính mắt kép. Các hệ thống này đạt được sự đồng nhất của cường độ ánh sáng bằng cách phân chia, chồng chéo các chùm ánh sáng và tái cấu trúc các nguồn ánh sáng không đồng nhất như "phân tán" và sau đó. Thách thức đối với con đường này là: hệ thống phức tạp, kích thước lớn, độ chính xác của hiệu chuẩn đường dẫn ánh sáng và tổn thất năng lượng ánh sáng lớn, sự đồng nhất trên bề mặt chiếu xạ cuối cùng thường khó vượt qua nút cổ chai ± 2%.

Đổi mới mảng LED: Tính linh hoạt của điều chế điện tử

Nguồn sáng LED cho phép điều chỉnh điện tử của quang phổ bằng cách tích hợp các chip LED có bước sóng khác nhau vào một mảng. Về tính đồng nhất, lợi thế là khả năng chủ động "định hình" phân phối trường ánh sáng từ cấp độ nguồn sáng bằng cách định vị chính xác từng đèn LED trong mảng phân phối và kiểm soát độc lập dòng điện truyền động của chúng. Phương pháp này linh hoạt hơn so với chỉnh sửa quang học thụ động. Nhưng thách thức là: mỗi đèn LED vẫn phát sáng, yêu cầu khoảng cách pha trộn cao, và để tránh nhiễu xuyên âm quang học giữa các đèn LED bước sóng khác nhau, để đạt được mức độ cao, tính đồng nhất vẫn cần thiết kế quang học chính xác và thuật toán hiệu chuẩn phức tạp.

Nguồn sáng laser: Những thách thức tiềm tàng của chương trình

Laser là nguồn ánh sáng mang tính hướng, tính đơn sắc. Về mặt lý thuyết, các đốm đồng nhất có thể thu được bằng cách kết hợp các laser có bước sóng khác nhau và tán xạ với các tấm khuếch tán và gương rung. Con đường này có tiềm năng rất lớn, hứa hẹn đạt được hiệu suất siêu cao. Nhưng những thách thức mà nó phải đối mặt cũng là khó khăn nhất:

Hiệu ứng phân tán: Sự kết hợp của laser có thể tạo ra sự phân tán giao thoa nghiêm trọng trên bề mặt chiếu xạ, phá vỡ tính đồng nhất. Loại bỏ các đốm tán xạ đòi hỏi các kỹ thuật phức tạp và tốn kém (chẳng hạn như các tấm khuếch tán quay, bộ điều biến âm thanh và ánh sáng, v.v.).

Chi phí và an toàn: Hệ thống laser đa bước sóng rất tốn kém và laser công suất cao mang lại những rủi ro an toàn đáng kể.

Kết luận: Từ đèn xenon đến laser, con đường nâng của tính đồng nhất cường độ ánh sáng trong mô phỏng ánh sáng mặt trời là một quá trình chuyển từ phụ thuộc vào "biện pháp khắc phục quang học sau này" sang "thiết kế trường ánh sáng nguồn". Thách thức cốt lõi của nó cũng chuyển từ việc khắc phục sự không đồng nhất của chính nguồn sáng sang vấn đề làm thế nào để thuần hóa tính tương tác của laser.