针对现有LED太阳模拟器同时解决准直性、辐照度均匀性、光谱匹配性三大技术指标的难度较高的问题, 基于光电一体化二次光学设计, 提出一种简便、高效且可实现大功率的LED太阳模拟器光学系统设计方法。采用小角度准直透镜和抛物面镜来整合光源, 通过混光棒和微结构进行匀光, 最后利用抛物面镜实现光线的准直输出, 基于同轴准直的设计思想完成LED太阳模拟器的设计。利用光学软件LightTools对LED太阳模拟器光学系统进行模拟仿真与分析优化, 实验结果表明: 在直径为260 mm的有效辐照面上辐照不均匀度为2.5%、准直角为1.5°。

针对氙灯太阳模拟器光电转换效率低、寿命短、辐照强度低，均匀性差等不足，基于LED太阳模拟器光学系统，提出了一种球面阵列LED太阳模拟器光学系统，包括准直光学系统、匀光系统以及光源系统的设计方法。利用同轴透射式光学系统技术设计了双分离结构的准直光学系统, 在分析比较常用匀光系统的性能与组成形式的基础上，阐述积分器与视场光阑的设计过程, 然后基于球面光源的设计思想完成光源系统的设计,利用LightTools光学设计软件对LED太阳模拟器光学系统进行仿真分析与验证。实验结果表明：球面阵列LED太阳模拟器在工作距离100 mm，输出辐照面积为100 mm×100 mm范围内，其辐照强度大于1 100 W/m2，辐照不均匀度优于3.86%。

在测量领域中需要使具有高稳定性及良好光谱匹配性的人工模拟太阳光谱标准灯.本文提出一种基于多种不同峰值波长LED光源的方法来准确模拟AM1.5的光谱分布.以最小二乘法和高斯分布数学模型为基础，在理论上实现了非均匀间隔峰值波长的光谱拟合，从而指导LED的种类选择及其所需的驱动电流值，并通过实验论证其可行性.结果表明：在300~1100nm的范围内，使用较少LED种类的情况下，此方法光谱失配误差小于±2.76％.此算法可精确地分辨标准太阳光谱AM1.5的吸收谷，且应用于AM0的拟合时获得小于±1.67％的光谱失配度.在工程实践中，该算法对快速、准确获得标准太阳光谱灯具有良好的指导意义.