太陽光作為人體長期適應的自然光，具有光照連續性強、光譜失配度好、輻照均勻性好、準直性強等優點。因此，隨著LED技術的發展，模擬太陽光的類日光光源備受關注。由于單色LED具備光效高、壽命長、波長覆蓋范圍廣等諸多優勢，成為模擬太陽光譜的理想選擇。Luminbox太陽光模擬器以先進光束準直與高均勻光斑技術，精準復現AM1.5G光譜并保持穩定輻照，為實驗室提供高效可靠的全場景光照測試方案，適用于高精度測試需求。

1

Luminbox

光譜擬合原理及方法

1.構建LED光譜輻射模型

單色LED的光譜分布很獨特，是窄帶單峰的，半峰全寬一般在20-50nm。研究人員根據它的輻射特性，結合修正高斯函數，構建了描述其輻射強度隨波長變化的模型。用這個模型去擬合460nm藍光LED的光譜，結果發現它能精準地展現出光譜曲線，就像給LED的光譜做了一張“高清畫像”，這為后續的研究打下了堅實的基礎。

光譜輻射模型擬合的460nmLED光譜

2.曲線擬合算法：找到光譜擬合的“最優解”

曲線擬合的核心就是找到一個函數，讓它和實際數據的誤差最小。這種求近似函數的方法稱為數據擬合的最小二乘法，函數ψ（x）稱為這組數據的最小二乘函數或最小二乘解。最小二乘算法在工程和科研里廣泛使用。

在LED光譜合成中，把太陽光譜看成是多個單色LED光譜疊加起來的，建立數學模型。通過求解最小二乘解，就能知道擬合太陽光譜需要哪些單色LED，以及它們的峰值波長和驅動電流。為了評估擬合效果，還引入了相關指數R2，它越接近1，說明擬合得越好。

2

Luminbox

實驗驗證

1.驅動電流對LED光譜的影響

LED是電流控制型器件，它的發光強度和正向電流近似成正比。研究人員采用OSRAM公司的3528系列460nm單色LED實驗，在穩定的環境下調節驅動電流，從20mA逐步調節至50mA。結果發現，電流越大，光譜輻照強度越強，半峰全寬也變寬了。這意味著，我們可以通過調節電流來調整單色LED的光譜輻照強度，為擬合太陽光譜找到了一個“調節旋鈕”。

光譜輻照強度隨驅動電流變化的實驗結果

2.實際LED合成太陽光譜仿真

為了驗證方法的可行性，研究人員挑選了11種不同的單色LED，來合成450-660nm可見光波段的光譜。仿真結果令人驚喜，在380-800nm可見光范圍內，合成的光譜成功彌補了單一白光LED缺失的波段，光譜連續性大大增強，和太陽光譜曲線相似度很高，這讓我們看到了用多種單色LED擬合太陽光譜照明的希望。

實驗選取的11種單色LED光譜圖

實驗選取的11種單色LED光譜合成結果

3

Luminbox

最佳擬合結果及分析：追求完美擬合

1.等間隔單色LED擬合

研究人員用前面構建的模型，借助MATLAB軟件，在380-800nm光譜范圍內，分別用不同數量和間隔的單色LED對AM1.5光譜曲線進行擬合。結果顯示，選用的單色LED種類越多、峰值波長間隔越小，擬合效果越好。但這同時也面臨著LED種類太多會增加工程復雜性的問題。

2.非等間隔單色LED擬合

考慮到實際的LED產品峰值波長不是等間隔的，研究人員通過MATLAB求解，得到了27種單色LED的最優組合。它們合成的混合光譜和目標光譜整體擬合效果不錯，相關指數達到0.9576。仔細分析發現，光譜變化平緩的波段，用半峰全寬值大的單色LED擬合效果更好；光譜變化明顯的波段，則適合用半峰全寬值小的單色LED。

最佳組合的

27種單色LED光譜合成結果

3.仿真擬合評價

按照IEC60904-9標準，光譜匹配度在0.75-1.25之間是A級。研究的27種單色LED混合光譜在378-800nm可見光范圍內全部達到A級標準，說明使用這種方法合成太陽光譜是符合設計要求的。

4

Luminbox

優化擬合仿真分析

由于27種單色LED的組合在工程實踐中因種類太多會有一定難度，為了驗證最佳組合的可靠性和方案的可優化性，獲取更切合實際的數據，研究人員根據最佳組合中不同單色LED對光譜擬合的整體貢獻度，逐一減少貢獻較小的單色LED并調整其他種類單色LED的中心波長以及半峰全寬值,最終求得兩組17種單色LED的組合，其混合光譜均滿足AM1.5 的 A 級標準，且半峰全寬值較大的單色 LED 擬合光譜連續性更高。

兩組優化的17種單色LED光譜合成結果

通過單色LED光譜合成技術的突破性進展，成功實現了太陽光譜的高精度模擬。Luminbox太陽光模擬器憑借其卓越的光譜匹配性能（AM1.5G標準AAA級）為科研與工業領域提供了可靠的太陽光模擬解決方案。未來，隨著單色LED技術的持續優化，Luminbox太陽光模擬器將在光伏測試、材料老化研究等領域展現更大的應用潛力。

Luminbox

Luminbox太陽光模擬器

Luminbox太陽光模擬器采用先進光束準直技術與高均勻光斑設計，精準復現AM1.5G太陽光譜，輻照輸出穩定，為實驗室提供高效可靠的光照測試解決方案。

AAA級性能：光譜匹配度符合IEC60904-9標準AAA級，可達實驗室校準精度；

長效穩定：優化光源設計大幅降低維護頻率，減少校準與停機時間，提升實驗效率；

應用場景：可選配光學濾鏡，靈活模擬室內外日光環境，滿足多元測試需求。

原文出處:《基于單色LED的太陽光譜合成方法》

*特別聲明：本公眾號所發布的原創及轉載文章，僅用于學術分享和傳遞行業相關信息。未經授權，不得抄襲、篡改、引用、轉載等侵犯本公眾號相關權益的行為。內容僅供參考，如涉及版權問題，敬請聯系，我們將在第一時間核實并處理。