日光模拟器是一种能够精准复现自然日光光谱、辐射强度及时空分布的人工光源系统。其通过模拟太阳光的物理化学特性，为科学研究、工业测试及农业生产提供可控的光照环境。
1. 日光模拟器的基本定义
日光模拟器是一种人工光源装置，能够通过精确控制光谱组成、辐照强度、光强分布及时间节律，模拟地球大气层外的太阳辐射或经大气散射后的自然日光。其核心目标是为材料、植物、电子器件等研究对象提供可重复、可预测的光照条件，突破传统依赖自然光照的局限性。
核心功能：
光谱复现：覆盖紫外(UV)、可见光(VIS)及红外(IR)波段，匹配自然光的光谱特征(如AM1.5标准)。
辐照强度控制：调节光强范围(0.1~1000 W/m²)，模拟不同地理纬度或气象条件下的光照强度。
时空动态调控：支持光周期(昼夜交替)、光强梯度(如太阳高度角变化)及恶劣天气(如暴雨、暴晒)的模拟。
2. 日光模拟器的核心技术原理
2.1 光谱生成技术
基础光源选择：
紫外光源：采用荧光灯或金属卤化物灯发射UVA/UVB波段，模拟太阳光的紫外辐射。
可见光与红外光源：通过LED或白炽灯补全380~1100 nm波段，确保光谱连续性。
光谱调制技术：
滤光片系统：通过精密光学滤光片调整特定波长透过率，实现目标光谱匹配。
数字光场合成：基于微阵列LED或衍射光学元件(DOE)，动态生成任意形状与方向的光斑。
2.2 辐照度控制技术
光强调节机制：
机械式衰减器：通过可移动遮光板或反光镜改变入射光比例。
电学调光：利用LED的电流-光强线性关系，实现毫秒级光强无级调节。
均匀性优化：
多灯阵列布局：通过分布式光源与扩散光学元件减少光强不均(偏差≤5%)。
自适应算法：基于光电传感器反馈，动态校正局部辐照度差异。
2.3 环境参数集成
温湿度控制：集成加热/制冷模块与加湿/除湿系统，支持-40℃~85℃温度循环与20%~95%RH湿度调节。
风速模拟：通过轴流风扇阵列模拟自然风对材料表面的冲刷作用，增强环境真实性。
3. 日光模拟器的关键应用场景
3.1 材料耐候性测试
汽车工业：模拟强光、湿热循环对车漆、塑料件及电子元件的老化影响(如褪色、裂纹)。
建筑行业：评估涂料、玻璃幕墙在恶劣气候下的耐久性与光致变色性能。
航空航天：复现太空辐射与恶劣温度对材料的光热损伤效应。
3.2 农业与植物科学
温室补光：延长光照时间，促进作物光合作用与产量提升(如生菜、草莓)。
光周期控制：模拟季节变化以调控植物开花与果实成熟。
3.3 新能源与电子产业
光伏组件测试：加速老化试验以评估太阳能电池效率衰减(如PERC、钙钛矿电池)。
电子设备可靠性：模拟强光、高温对显示屏、传感器及电路板的潜在损害。
3.4 生物医学与制药
药物稳定性测试：分析光解反应对药品活性成分的影响。
光疗设备验证：确保激光治疗仪的输出参数符合临床安全标准。
