攻克太空辐照难题国产宇航级掺铒光纤在轨稳定服役
攻克太空辐照难题 国产宇航级掺铒光纤在轨稳定服役
中国科学院西安光学精密机械研究所（以下简称西安光机所）光子功能材料与器件研究室研究员侯超奇、郭海涛团队自主研制的宇航级耐辐照掺铒光纤已在轨连续稳定正常工作满1年。这标志着我国在空间用耐辐照掺铒光纤国产化领域取得重大突破，自主可控能力实现跨越式提升。
团队自主研制的宇航级耐辐照掺铒光纤。西安光机所供图
当前，全球卫星互联网产业进入高速发展期，国际上以“Starlink”等为代表的低轨卫星星座计划已完成规模化部署，并实现了星间激光通信的工程化验证。卫星互联网于2020年被我国国家发展改革委纳入“新基建”范畴。
掺铒光纤是激光通信系统中信号接收与发射端光放大器的核心增益介质。在太空环境中，高能粒子辐照会导致光纤内部形成辐致色心，使光纤损耗急剧增加，激光增益性能大幅下降甚至失效，成为制约星载激光通信系统性能、寿命与可靠性的关键因素。此前，我国宇航级掺铒光纤长期依赖进口。
对此，攻关团队揭示了空间高能离子辐照环境下掺铒光纤的辐照损伤效应与机理，创新性地提出了一种抑制辐照后温度敏感性提升的新型光纤结构。团队先后突破了超低共掺剂体系下铒离子均匀分散、基于组分和预处理调控的抗辐照加固、高效率耐辐照掺铒光纤制备等关键技术，成功研制出具有自主知识产权的耐辐照掺铒光纤。
该光纤纤芯数值孔径为0.22，1200纳米波长下背景损耗低于15分贝每千米，激光效率达34%；在100千拉德剂量辐射后，辐射诱导增益衰减仅0.024分贝每千拉德，各项性能指标已达国际先进水平。
2025年，基于该光纤的宇航级光放大器搭载卫星顺利入轨。截至今日，该光纤随激光通信终端已顺利通过硬件性能检测、同轴度标校、激光最大功率输出等系列关键指标考核，各项性能指标正常，在轨稳定正常工作满1年。
该成果为我国星载激光通信领域提供了核心材料支撑，对于保障我国卫星互联网星座部署及深空探测等重大任务具有重要意义。