中國科學(xué)院西安光機(jī)所光子功能材料與器件研究室侯超奇、郭海濤研究員團(tuán)隊(duì)自主研制的宇航級(jí)耐輻照摻鉺光纖已在軌連續(xù)穩(wěn)定正常工作滿1年。這標(biāo)志著我國在空間用耐輻照摻鉺光纖國產(chǎn)化領(lǐng)域取得重大突破，自主可控能力實(shí)現(xiàn)跨越式提升。
當(dāng)前，全球衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展期，國際上以“Starlink”等為代表的低軌衛(wèi)星星座計(jì)劃已完成規(guī)模化部署，并實(shí)現(xiàn)了星間激光通信的工程化驗(yàn)證。衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)于2020年被我國國家發(fā)展改革委納入“新基建”范疇。
摻鉺光纖是激光通信系統(tǒng)中信號(hào)接收與發(fā)射端光放大器的核心增益介質(zhì)。在太空環(huán)境中，高能粒子輻照會(huì)導(dǎo)致光纖內(nèi)部形成輻致色心，使光纖損耗急劇增加，激光增益性能大幅下降甚至失效，成為制約星載激光通信系統(tǒng)性能、壽命與可靠性的關(guān)鍵因素。此前，我國宇航級(jí)摻鉺光纖長期依賴進(jìn)口。
圖 團(tuán)隊(duì)自主研制的宇航級(jí)耐輻照摻鉺光纖
對此，侯超奇研究員、郭海濤研究員、折勝飛副研究員、王根成特別研究助理等組成攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，揭示了空間高能離子輻照環(huán)境下?lián)姐s光纖的輻照損傷效應(yīng)與機(jī)理，創(chuàng)新性地提出了一種抑制輻照后溫度敏感性提升的新型光纖結(jié)構(gòu)。團(tuán)隊(duì)先后突破了超低共摻劑體系下鉺離子均勻分散、基于組分和預(yù)處理調(diào)控的抗輻照加固、高效率耐輻照摻鉺光纖制備等關(guān)鍵技術(shù)，成功研制出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的耐輻照摻鉺光纖。
該光纖纖芯數(shù)值孔徑0.22，背景損耗小于15dB/km@1200nm，激光效率34%，在100krad(Si)輻照條件下，輻致增益衰減低至0.024dB/krad(Si)，性能指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平。
圖 耐輻照摻鉺光纖照片與激光性能測試結(jié)果
2025年，基于該光纖的宇航級(jí)光放大器搭載衛(wèi)星順利入軌。截至今日，該光纖隨激光通信終端已順利通過硬件性能檢測、同軸度標(biāo)校、激光最大功率輸出等系列關(guān)鍵指標(biāo)考核，各項(xiàng)性能指標(biāo)正常，在軌穩(wěn)定正常工作滿1年。
該成果為我國星載激光通信領(lǐng)域提供了核心材料支撐，對于保障我國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座部署及深空探測等重大任務(wù)具有重要意義。
該工作先后受到中國科學(xué)院重點(diǎn)部署科研專項(xiàng)、中國科學(xué)院西部之光-西部交叉團(tuán)隊(duì)等項(xiàng)目的資助。
