大气质量滤光片

2026年9月20日|K WONG

大气质量（AM）滤光片是一种主要用于太阳模拟器的专用光学元件，用于调整人工光源的光谱分布，光源通常为氙短弧灯。其作用是对原始人造光进行整形，使其输出在特定的标准大气条件下精确匹配真实太阳光谱。

这些滤光片通过选择性透射、吸收和反射不同波长，发挥结构高度复杂的宽带带通滤光片作用。它们对于光伏产品、化妆品以及易发生光降解的材料进行准确且可重复的测试至关重要。

“大气质量”的概念

“Air Mass”一词用于定义太阳光穿过地球大气层的光程相对于最短可能光程的比值。最短光程出现在太阳位于观测者正上方的天顶时。

大气质量系数可通过以下公式进行数学近似，其中θ 为太阳天顶角：

AM ≈ 1 / cos(θ)

太阳光穿过大气层时，特定的大气成分会吸收某些波长。臭氧（O₃）会显著衰减紫外（UV）区域，而水蒸气（H₂O）和二氧化碳（CO₂）会吸收红外（IR）区域中的特定波段。此外，瑞利散射和米氏散射会衰减较短波长的光。AM滤光片经过专门设计，可精确模拟这种大气衰减曲线。

从光学角度看，要将未经调节的光源调整为符合标准太阳光谱曲线，需要进行精确的光谱整形。氙灯具有强烈的光谱发射峰，尤其是在800 nm至1000 nm之间的近红外区域。

为了在抑制这些峰值的同时保持可见光和 UV 波段的高透射率，高质量 AM 滤光片采用混合光学设计，通常依赖复杂、高度专有或已获专利的多层结构：

吸收型玻璃基底： 基础层通常由专用离子掺杂玻璃制成。这种基底本身能够吸收大量不需要的红外辐射，可有效充当吸热滤光片，保护后续膜层免受热损伤。
介质干涉镀膜： 制造商在基底上沉积数十层交替排列的高折射率和低折射率材料微薄膜（例如TiO2和SiO2）。通过在纳米尺度控制膜层厚度，这些镀膜利用相长干涉和相消干涉形成高度定制的光学带通滤光片，精确滤除吸收玻璃未能去除的特定氙灯发射峰。