太阳光模拟器获得AM 1.5G光谱的方法

相信你在不少文献中都见到过“Xenon lamp source with AM 1.5 G filter”这样的描述，即氙灯光源搭配AM 1.5 G滤光片进行使用，那你知道AM 1.5 G究竟是什么意思吗？如何获取AM1.5G太阳光谱呢？

图1. Microsolar 300氙灯光源[1]和PLS-SXE 300D氙灯光源[2]搭配AM 1.5G滤光片使用案例

太阳光穿越太空、地球大气层到达地球表面的过程中，辐照度会不断减小。人们为了量化太阳辐射的衰减程度，常采用“大气质量”（Air Mass,简写成AM）来进行标记[3]。 

设定太阳光入射光线与地面法线之间的夹角为θ，则AM与的关系可表示为：AM=1/cosθ，如图2所示。

图2. AM 0、AM 1.5示意图和AM 0、AM 1.5G光谱图

当θ=48.2°时，记作AM 1.5，即典型晴天时太阳光照射到一般地面的情况，更接近人类生活的实际状况，其辐照度为1000 W/m2，也可记作100 mW/cm2。 

AM 1.5G是指地球表面的标准光谱，其中G是Global的缩写，为了便于对在不同时间和地点测量的太阳能转换效率进行比较，将AM 1.5G定义为太阳能转换系统标准测试的参考光谱［4］，并规定标准的AM 1.5G辐照度为100 mW/cm2。  

在光化学实验中，为了获取AM 1.5G标准太阳光谱，常用氙灯光源搭配AM 1.5G滤光片作为太阳光的模拟光源。 

氙灯光源是利用高压或超高压氙气的放电而发光的光源，其发出的光为连续光谱，从200～2000 nm都有能量分布，且氙灯的能量分布特性与太阳光谱的能量分布特性极为相似。

但氙灯光源在红外区与太阳光谱存在较大偏差，所以为了获得AM 1.5G标准太阳光谱，氙灯光源需配合太阳光谱校正型滤光片使用，太阳光谱校正型滤光片由AM 1.5G滤光片与全反射滤光片组成。

图3. 氙灯光源光路示意图（左）、Microsolar 300氙灯光源配合AM 1.5G滤光片光谱图和AM 1.5G标准太阳光谱（右）

反射片，也叫全反射片，即可将氙灯发射出的光作为入射光，全部反射出去，工作波段在200~1200 nm，光学特性：R＞80%@200-300nm，R＞85%@300-650nm，R＞90%@950-1200nm，R＞75%@谱段*低点800nm(±25nm)。AM 1.5G滤光片与全反片组合用于反射氙灯光源形成AM 1.5G光谱。