日光模擬器是一種能夠精準復現自然日光光譜、輻射強度及時空分布的人工光源系統。其通過模擬太陽光的物理化學特性，為科學研究、工業測試及農業生產提供可控的光照環境。
1. 日光模擬器的基本定義
日光模擬器是一種人工光源裝置，能夠通過精確控制光譜組成、輻照強度、光強分布及時間節律，模擬地球大氣層外的太陽輻射或經大氣散射后的自然日光。其核心目標是為材料、植物、電子器件等研究對象提供可重復、可預測的光照條件，突破傳統依賴自然光照的局限性。
核心功能：
光譜復現：覆蓋紫外(UV)、可見光(VIS)及紅外(IR)波段，匹配自然光的光譜特征(如AM1.5標準)。
輻照強度控制：調節光強范圍(0.1~1000 W/m²)，模擬不同地理緯度或氣象條件下的光照強度。
時空動態調控：支持光周期(晝夜交替)、光強梯度(如太陽高度角變化)及惡劣天氣(如暴雨、暴曬)的模擬。
2. 日光模擬器的核心技術原理
2.1 光譜生成技術
基礎光源選擇：
紫外光源：采用熒光燈或金屬鹵化物燈發射UVA/UVB波段，模擬太陽光的紫外輻射。
可見光與紅外光源：通過LED或白熾燈補全380~1100 nm波段，確保光譜連續性。
光譜調制技術：
濾光片系統：通過精密光學濾光片調整特定波長透過率，實現目標光譜匹配。
數字光場合成：基于微陣列LED或衍射光學元件(DOE)，動態生成任意形狀與方向的光斑。
2.2 輻照度控制技術
光強調節機制：
機械式衰減器：通過可移動遮光板或反光鏡改變入射光比例。
電學調光：利用LED的電流-光強線性關系，實現毫秒級光強無級調節。
均勻性優化：
多燈陣列布局：通過分布式光源與擴散光學元件減少光強不均(偏差≤5%)。
自適應算法：基于光電傳感器反饋，動態校正局部輻照度差異。
2.3 環境參數集成
溫濕度控制：集成加熱/制冷模塊與加濕/除濕系統，支持-40℃~85℃溫度循環與20%~95%RH濕度調節。
風速模擬：通過軸流風扇陣列模擬自然風對材料表面的沖刷作用，增強環境真實性。
3. 日光模擬器的關鍵應用場景
3.1 材料耐候性測試
汽車工業：模擬強光、濕熱循環對車漆、塑料件及電子元件的老化影響(如褪色、裂紋)。
建筑行業：評估涂料、玻璃幕墻在惡劣氣候下的耐久性與光致變色性能。
航空航天：復現太空輻射與惡劣溫度對材料的光熱損傷效應。
3.2 農業與植物科學
溫室補光：延長光照時間，促進作物光合作用與產量提升(如生菜、草莓)。
光周期控制：模擬季節變化以調控植物開花與果實成熟。
3.3 新能源與電子產業
光伏組件測試：加速老化試驗以評估太陽能電池效率衰減(如PERC、鈣鈦礦電池)。
電子設備可靠性：模擬強光、高溫對顯示屏、傳感器及電路板的潛在損害。
3.4 生物醫學與制藥
藥物穩定性測試：分析光解反應對藥品活性成分的影響。
光療設備驗證：確保激光治療儀的輸出參數符合臨床安全標準。
