LED太阳光模拟器崛起：氙灯光源的革新替代

太阳光模拟器是利用人工光源，通过高精度光学设计和加工，将光源经过聚焦、反射、滤波等处理，在实验室内模拟实现真实太阳光的光谱分布、辐照度等特性的实验设备。因其突破了各种室外光照测试环境的局限，正广泛应用于太阳能电池板测试、植物生长研究、材料测试等领域。

在太阳光模拟器中，光源是最基本的组成部分，常用的灯源有卤光灯、氙灯、LED灯等。

其中金属卤光灯又叫高强紫外卤素灯，其发光原理是金属卤化物参与整个发光过程中，绝大部分能量被转化为可见光，小部分能量转换为热量，光强相对较弱。

氙灯太阳光模拟器则是利用电离高压氙气产生电弧从而发光，再组合滤光片、反射镜和其它光学器件从而模拟出太阳光，色温约为6000 K，在使用中使 N2 气体流经过散热器和排风管道对氙灯进行冷却。氙灯具有很高的内部压力，未启用状态下，灯的内部压力也会超过 1.01 MPa。

LED太阳光模拟器的光源利用发光材料电致发光，作为一种全固态光源，LED太阳光模拟器光谱范围覆盖350~1100nm全太阳光光谱，能通过不同光谱LED灯珠的有机组合及恒流源精确控制，使其能满足AM1.5G光谱要求。基于LED单色性强特点，能保持光谱的长期稳定性，并承受更高的环境工作条件，同时还可以借助软件在使用寿命期间维持一致输出性，从而延长使用寿命。

在传统的太阳光模拟器设备供应中，氙气灯应用最为广泛，但近年来，随着LED产业不断深化发展，LED光源正以其卓越的可靠性、稳定性、灵活性及长使用寿命，优势不断凸显，正逐步取代氙气灯，成为太阳光模拟器的主流光源。

具体来说：

一、出色的可靠性

传统的氙气灯光源虽然具有亮度高的特点，但其发光效率易受到环境因素影响，如温度变化、气压波动等，这些不稳定因素可能导致光强波动，光源性能下降。而LED光源则不受这些因素干扰，其发光效率稳定，且能够在长时间连续工作下保持性能稳定，从而确保了太阳光模拟器的高精度模拟。

二、光源的稳定性

不同于氙气灯的发光过程涉及高压放电，这不仅增加了使用风险，也使得光源的寿命相对较短，一般在800~1000小时。而LED光源通过半导体材料的电子跃迁来发光，无需高压放电，无论是使用还是维护，都具有更高的安全性。

三、光源的节能环保性

与传统的氙气灯相比，LED光源的耗电量更低，减少了能源的消耗。同时，LED光源在制造和使用过程中不产生有害物质，对环境友好，更符合现代社会对绿色、环保的要求。

四、光源的灵活性

氙气灯则因为光谱相对固定，无法灵活调整，则难以做到这一点。而LED光源的太阳光模拟器能通过不同光谱LED灯珠的有机组合及恒流源精确控制，使其能满足AM1.5G光谱要求，并通过调整不同波长LED的组合，快速响应，模拟出不同时间、不同地点的太阳光谱，满足不同科研和应用的需求。同时，LED光源的体积小、重量轻，便于安装和携带。这使得太阳光模拟器可以更加灵活地应用于各种场景。

五、长使用寿命

氙气灯由于工作原理的限制，其使用寿命往往较短，需要频繁更换，这不仅增加了使用成本，也影响了科研和应用的连续性。而LED光源的使用寿命，以武汉阳嘉科技提供的YJ-LED-AAA系列LED太阳光模拟器为例，超过10000小时以上，为太阳光模拟器的长期使用提供了有力保障，不仅大大减少了更换光源的频率，提高了太阳光模拟器的使用效率。

综上所述，LED光源以其可靠性、稳定性、灵活性及长使用寿命等比较优势，逐步替代氙气灯成为太阳光模拟器的主流光源。这一变革不仅提升了太阳光模拟器的性能，也推动了相关科研和应用的快速发展。未来，随着LED技术的不断进步，LED太阳光模拟器将在更多领域发挥更大的作用。

说说激光武器那些事，好多人把它神化了

一说起激光，好多人第一反应就是在科幻电影中，激光枪，激光炮，似乎这个是未来才有的武器，是一种很神秘的存在，其实好多人过于神话激光了，这里来给大家叨咕一下激光的相关知识。

科幻电影中，毁天灭地的激光炮

激光也是光，只是它的能量更大一些 ，所以，完全可以把光的各种知识套用在激光身上。高中物理就讲的很多哦。

先说光，它是一种电磁波， 波长决定衰减，振幅决定能量 。把2个波源相同的光叠在一起，振幅就加倍，把N个这样的光叠在一起，振幅就增加N倍，这是高中波的干涉里面讲过的知识，而电磁 波的能量与其振幅的平方成正比关系， 这是激光杀伤的基本原理 ，

而自然光，则是各种波长的光毫无规律地干涉在一起，如果波峰遇到波谷，振幅就会减弱，甚至相互抵消，根本不会像激光那样，由完全相同的光相互叠加增强N倍，这就是激光与自然光能量差异大的根本原因 。

各种电磁波

再来说光，它是怎么产生的？好多人会说，太阳发出的，或者灯泡发出的，这其实都对，但是从产生光的本质来说，光是能量变化的一种宏观现象， 电子由高能级向低能级跃迁时，多余能量会以辐射光子的方式释放，这就是发光了 ，所有发光物体，都是这个原理。跃迁也是高中物理讲的，大伙都忘了没？

电子跃迁

只要给原子增加能量，就可以把基态也就是低能量状态的电子，激发到高能级，但是高能级不稳定，会自动跃迁到低能级，同时释放光子，只要不断施加能量，电子就会不断上上下下跃迁，不断发光。但是这些光，波长频率各不相同，无法有效叠加 。

怎样产生相同波长频率的光？那就得让电子从同一个能量级跃迁，说直白点，比如就是把电子都搬到二楼，然后把电子往一楼扔，这样电子减少的能量都是一样的，那么产生的光子波长频率就都是一样的了。把这些“光”按相同的节奏叠到一起，就可以形成威力巨大的激光，数量越多，振幅叠得越大，威力自然也就越大。

工作介质吸收外来能量后，被激发到激发态，然后释放光子，这就是激光中的激的来源，得靠外界激励电子到更高的能量态。 激励方式有光学激励、电激励、化学激励和核能激励等。

工作物质受“刺激”后开始发光，但这些光子四面八方乱飞，数量也不多（光强度较弱），就像个灯泡一样，怎样把这些乱七八糟的光聚变成方向一样的呢？可以在两端加反射镜，一个全反射，一个部分反射；往其他地方飞的光子消散了，但往反射镜上飞的光子被反射后，回到腔内，于是轴线方向的光子被不断加强，最后形成节奏统一“光子大军”，从一端输出。这就是激光了，这个装置就叫 光学共振腔 。不过这种方式能量利用率很低，大部分能量都被浪费了。

光学共振腔

常见的激光器种类

其实生活中的大部分物质“受刺激”后都会发光，最简单的发光二极管也可以称为激光器，但是这样的激光发生器功率太低，发散也比较严重，真正武器级的激光也是很复杂的。

目前技术最成熟的激光武器是“化学激光器 ”，利用化学反应的能量，激励工作物质，激发出激光。例如以氟化氮作氧化剂，乙烯作燃料，在燃烧室内燃烧，注入氘氦混合气体，在激光器的谐振腔内受激发后，产生激光。常见的化学激光武器有氧碘激光、氟化氢激光、氟化氘激光。化学激光武器需要携带大量的化学燃料，体积比较巨大，很不方便。

氢氟酸燃料的化学激光器

发光物质是气体的叫气体激光器，能量来源是放电 。其中最出名的是“二氧化碳激光器 ”，工业领域应用极多，以CO2气体为工作物质，波长是10.6微米，运用在医疗、切割、焊接等等，是最早商业化的激光器。但距离远了，容易发散，作不了军事激光武器，因为发散后，激光的能量密度会下降很多，达不到毁伤效果。

二氧化碳激光治疗仪

军事激光武器一般是“固体激光器 ”，用电能提供能量，体积小，携带方便，用固体晶体做工作物质，第一代为红宝石激光器。后来是制作程序复杂添加各种元素的晶体，我国在这方面处理世界先进垄断地位。固体激光器的发热量很大，整体能量利用率很低，大多只有1%左右。

1960年美国研制成功第一台红宝石激光器

最先进的是“自由电子激光器 ”，让电子束通过周期性摆动的磁场，电子受力摆动，其速度在变化瞬间，损失的能量就以光子的形式释放，光电转化效率很高，功率也可以很大。只要改变自由电子束的速度就能产生可调谐的相干电磁辐射，原则上其辐射谱可从X射线波段过渡到微波区域，可根据不同的工作环境选择最佳的工作波长。因此具有很诱人的前景。

只要是光，都会被反射，那么激光会被反射吗? 敌人的激光射来，我能不能用镜子反射回去？答案是不能的。镜子的反射率大约90%，剩余10%的能量仍然被镜子吸收了。镜子反射面主要是一层很薄的银膜，银的比热容为0.24kJ/kg*K，哪怕只有几瓦的激光，也可以轻松在微秒级的时间内把银熔化了 ，更不用提大功率的激光武器了。

还有别的半导体激光器，就不再多说了，无论什么激光，都得靠激光器发射，都有能量的损耗，也都会发热，功率如果太大的话，发热量会把自己给融化了，这个是限制激光武器的一个很大制约点。

现在的激光武器，并没有大家想象的那么厉害，影视剧里激光像手电筒一样不停照射，这是不可能的，现实中都是脉冲型的激光。2015年中科院所创下了激光5.13拍瓦（1拍瓦等于1000万亿瓦）的世界最大功率记录，但持续时间仅为30飞秒（1飞秒等于1000万亿分之一秒），打破了日本科学家创下的2拍瓦、1皮秒的记录（1皮秒等于1万亿分之一秒）。

一堆数字没概念？如果这个功率能坚持1秒钟，能量就相当于一颗100万吨当量的氢弹，而且所有能量都集中在一点上，想象一下，1秒一个氢弹，这谁能扛住？

很多文案说激光武器很容易瞄准，这个其实是片面的，它只是不用计算提前量而已，真实的瞄准也是很复杂的。 导弹的瞄准可以允许误差很大，然后靠它自己的引导雷达跟踪锁定，在飞行中不断调整，而激光必须百分百地精准，要想精准地照射住几十公里外的一个点，难度之大，超乎很多人的想象，狙击枪1000米的射程，瞄准就那么复杂，随便一个扰动就能让子弹偏离好多，激光同样面临这个问题，而且要更加严重。

比如目标在高速运动中，激光武器是不是要随着目标的运动跟着转动啊，那么转动时的定位精度怎么样？自身转动时，材料有没有发生形变？自身机械传动结构之间有没有间隙？甚至各种电子元件的信号延时，这些东西积累起来，再放大到几十公里外，那就是很大的误差了，所以瞄准是个很精细的活。

激光武器的另一个难点就是能量的储存 ，电池可以慢慢充，但是发射激光时，巨量的能量要在瞬间消耗完毕，什么储能装置能提供这么大的瞬时功率？目前最有可能的是超级电容 ，但是这个东西超级复杂，还好我们在这个领域也是很厉害的，比老美都强。

局座曾在节目中说过：雾霾是对激光最好的防御 。当时被很多人黑，其实这可不是玩笑，是真的，但凡天气不好，雨天、雾天，哪怕空气湿度高点，激光的能量损失都很严重，说白了，就是这款武器的可靠性并不好，对使用环境要求很高。但是作为军事武器而言，可靠性却是永远排在第一位的，这个又是一个矛盾点。

当然，如果天气好的话，这玩意用着是相当好，在末端拦截各种导弹，炮弹都是一把好手，成本还低，如果解决了储能问题，放在太空，没有复杂的大气环境，更是如鱼得水。

目前大规模使用的激光武器都属于近程防御武器，功率不大，射程也不远，只有几公里 。主要作战任务是对付无人机和一些速度并不是太快的物体，如果目标速度很快，而且轨迹不固定，以目前的瞄准手段是做不到精准打击的，是不是出乎很多人的意外？

而且也不是像大家想象的那样，照一下无人机，无人机立马就爆炸了，而是需要照射好几秒，才能把无人机某个部位烧坏，使其无法正常飞行而坠落，并不是像导弹一样，一样子把它炸个尸骨无存。

车载激光武器

车载小功率激光武器，更像是对近程拦截导弹的一种代替，因为如果什么东西都用导弹拦截，那成本太高，一枚迫击炮弹才百十块钱，一枚拦截弹都得十万美元以上，这太亏本了，而小功率激光武器一次射击才几块钱，很是划算。

前两年，以色列的铁穹防御系统，就吃了这个亏，对面射来的自制火箭弹，迫击炮弹等，都是便宜得不能再便宜的东西，而铁穹一格拦截弹就得十多万美元，长久下来，谁也扛不住。

激光防空听起来确实很有逼格，不过仔细想想，几公里的射程，还得照射目标好几秒，这是要来了发3马赫的导弹，这可就无能为力了，一秒没烧坏，人家就到跟前了。所以车载小型激光器，是不能拦截速度很快的导弹的 ，自身带的电量也不足以支持击毁远距离目标。

所以还是舰载激光武器更靠谱，军舰足够大，自身马力也够足，能提供足够多的电量，再加上军舰对付反舰导弹的需求更强烈，只靠近防炮总有点心虚，所以再加上激光拦截，那安全性就提高了不少。

老美的舰载激光器，名叫“劳斯系统”，射击一次成本才几美元，而军舰上随便一枚防空导弹就得上百万美元，整套激光武器系统只有1500~1700万美元，比密集阵系统的3500万美元便宜得多，还不占用全舰的供电系统，自带发电机，充电2小时，射击100秒，充满后可连续满功率照射2分钟，平均3秒钟对付一架无人机，很是厉害

老美还成功地搞出了机载激光导弹拦截系统 ，质量大的放在波音747上，叫ABL；质量小的放在C130运输机上，叫ATL，都属于化学激光器，ABL带氧碘燃料后总重大约50吨，可以发射20发，兆瓦级，能攻击300km外的助推段弹道导弹。助推段导弹的发动机红外特征明显，靠红外锁定就很容易捕捉到目标。

想象一下，这么一架波音747在空中巡逻，周围300公里内一切升空的导弹，都在它的攻击范围之内，是不是很厉害。

不过ABL最终还是下马了，应该还是技术不过关，发射时，激光发射器自己也发热量巨大，有一定的散热时间，这时候它是不能继续工作的，大家可以想象一下，先充电，打一发，再散热半天，还带那么多燃料，也只有波音747这样的大型飞机能拉得动，使用起来实在是不方便。这东西对付小国家还行，对付厉害一些的国家，这么大的一架客机，那绝对是靶子，几枚导弹同时升空，激光武器就拦不住了，而且300公里的距离对于一个大国来说太小意思了。

所以目前不论是车载，舰载，机载，激光武器基本都是近程自卫性质的，远距离进攻性质的激光武器，离大规模装备还有很长的路要走 。唯一一款远距离进攻性激光武器是陆基反卫星激光武器， 毕竟在陆地上，储能装置想建多大就建多大，可以很大限度提高激光武器的功率，一般而言，功率低于500千瓦是不能对400km以上的卫星造成实质性损坏的，最多是干扰，想要直接击落卫星更是不可能。

这方面，老美依然是走在前面的，早在1989年，他们就正式启动激光反卫星计划，在1997年，向自己报废的 MSTI-3气象卫星进行了6次激光射击，卫星高度420km，据说结果使卫星受到了干扰，并没有造成损坏，说只是为了收集数据。

目前，老美已经有兆瓦级的COIL和DF化学激光器，并建成了两台带自适应光学系统的武器级发射望远镜，口径分别为3.5米和3.67米，已具有相当程度的地基激光反卫星能力。

陆基反卫星激光武器

在激光反卫星方面，俄罗斯也是很厉害的，他们对激光的研究也是很有心得，1975年苏联就拿激光干扰老美的侦查卫星，如今的俄罗斯，至少有两种比较成熟的陆基激光武器。而且他们在坦克也安装有激光武器，整体上俄罗斯的激光武器技术算很先进的。

话说激光武器怎么能少了我们，根据公开的学术期刊《中国光学》2013年第6期的论文《天基激光武器系统的发展》披露，“我国5~10万瓦级的地基车载化学激光器已于2005年在我国新疆地区对斜距~600 km的低轨卫星成功地进行了致盲实验”。以咱们很低调的特性，实际水平肯定远在此之上，而且我们在超级电容和发射激光用的固体晶体制造两个方面都是世界顶级的，所以推测整体水平也应该是世界先进。

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