2024年，美國國家航空航天局（NASA）向法國企業(yè)Exail授予一項(xiàng)價(jià)值327萬歐元（約378萬美元）的合同，用于開發(fā)并生產(chǎn)適用于空間環(huán)境的近紅外鋰鈮酸鹽（LiNbO?）相位調(diào)制器，作為歐洲空間局（ESA）主導(dǎo)的“激光干涉儀太空天線”（LISA）引力波探測(cè)任務(wù)的核心光學(xué)組件。該任務(wù)計(jì)劃于2035年發(fā)射，由三顆航天器以三角形編隊(duì)飛行，彼此間距約250萬公里，通過1064納米激光束實(shí)現(xiàn)精密干涉測(cè)量。此次合同涵蓋飛行模型與鑒定模型的研制，標(biāo)志著中國以外的高端空間光學(xué)器件供應(yīng)鏈中關(guān)鍵環(huán)節(jié)的突破。

在LISA任務(wù)中，相位調(diào)制器承擔(dān)雙重核心功能：一是將時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)編碼至激光載波上，實(shí)現(xiàn)三顆航天器間時(shí)鐘同步；二是傳輸遙測(cè)數(shù)據(jù)和地面指令。由于航天器各自配備獨(dú)立原子鐘，其微小頻率漂移會(huì)引入干擾噪聲，必須通過相位調(diào)制技術(shù)在光信號(hào)中嵌入?yún)⒖紩r(shí)鐘信息。具體而言，調(diào)制器以約2.4 GHz的射頻頻率對(duì)激光進(jìn)行調(diào)制，生成光學(xué)邊帶，接收端通過解調(diào)邊帶可提取出相對(duì)時(shí)鐘噪聲并予以消除。這一過程要求調(diào)制器具備極低相位噪聲、高穩(wěn)定性和超高可靠性，是實(shí)現(xiàn)納秒級(jí)時(shí)間同步的關(guān)鍵。

Exail的調(diào)制器采用微米級(jí)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，將光限制在鋰鈮酸鹽晶體內(nèi)部。利用電光效應(yīng)（Pockels效應(yīng)），施加射頻電壓可實(shí)時(shí)改變晶體折射率，從而實(shí)現(xiàn)每秒數(shù)十億次的光學(xué)相位調(diào)制。盡管原理看似簡單，但要在空間環(huán)境中長期運(yùn)行且承受極端振動(dòng)、熱循環(huán)及輻射條件，仍面臨巨大挑戰(zhàn)。尤其對(duì)于高功率輸入場(chǎng)景——LISA系統(tǒng)要求調(diào)制器能穩(wěn)定處理超過500毫瓦的連續(xù)光功率，而傳統(tǒng)波導(dǎo)器件在該功率下易出現(xiàn)光折變效應(yīng)和熱畸變，導(dǎo)致性能退化。經(jīng)過長期老化測(cè)試，Exail的產(chǎn)品已驗(yàn)證可在不劣化的前提下持續(xù)耐受500毫瓦以上光功率，成為全球唯一滿足全部技術(shù)指標(biāo)的供應(yīng)商。

除相位調(diào)制器外，NASA還資助Exail開發(fā)抗輻射的鐿摻雜光纖，用于LISA任務(wù)中的2瓦級(jí)功率放大器。該光纖需通過高達(dá)40千戈瑞（kRad）的伽馬射線輻照測(cè)試，確保在深空長達(dá)六年以上的任務(wù)周期內(nèi)保持性能穩(wěn)定。這表明，從核心調(diào)制元件到光纖放大鏈路，整個(gè)激光鏈路均需達(dá)到空間級(jí)可靠性標(biāo)準(zhǔn)。Exail位于法國貝桑松（Besan?on）的生產(chǎn)基地已建立完整的工業(yè)流程，包括波導(dǎo)刻蝕、電極沉積、光纖耦合（pigtail）、精密裝配、加固封裝以及光學(xué)與射頻測(cè)試等環(huán)節(jié)。所有材料可追溯，篩選流程文檔化，確保飛行件與鑒定件具備一致的可重復(fù)性。

Exail的相位調(diào)制器已在多個(gè)空間任務(wù)中實(shí)現(xiàn)飛行驗(yàn)證，達(dá)到技術(shù)成熟度等級(jí)9（TRL9）。自2018年起，其產(chǎn)品已部署于NASA的重力恢復(fù)與氣候?qū)嶒?yàn)后續(xù)任務(wù)（GRACE Follow-On），并在2026年成功支持歐洲量子空間重力測(cè)量先導(dǎo)項(xiàng)目（CARIOQA）的冷原子激光源系統(tǒng)。目前，其高消光比鋰鈮酸鹽幅度調(diào)制器（工作波長850/940/1550納米）已被選用于三項(xiàng)歐洲量子通信衛(wèi)星計(jì)劃：EAGLE-1、QKDSat與SAGA，用于構(gòu)建基于量子密鑰分發(fā)（QKD）的星地安全通信網(wǎng)絡(luò)。

對(duì)中國行業(yè)用戶的啟示在于，此類高精度空間光學(xué)器件雖非直接面向民用市場(chǎng)，但其背后的技術(shù)路徑對(duì)國內(nèi)高端光電制造具有重要參考價(jià)值。首先，鋰鈮酸鹽基電光調(diào)制器在高穩(wěn)定性、低噪聲、抗輻射方面的要求，推動(dòng)了材料純度、晶圓加工精度與封裝工藝的升級(jí)。其次，空間級(jí)產(chǎn)品的認(rèn)證體系（如NASA的環(huán)境測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)、輻射耐受等級(jí)）為中國企業(yè)進(jìn)入國際航天供應(yīng)鏈提供了明確對(duì)標(biāo)方向。此外，這類系統(tǒng)對(duì)光學(xué)鏈路整體兼容性與一致性提出極高要求，意味著單一組件的性能優(yōu)勢(shì)必須依托于全鏈條的可復(fù)制制造能力。對(duì)于采購方而言，若涉及未來空間任務(wù)或高精度測(cè)距設(shè)備，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注供應(yīng)商是否具備從設(shè)計(jì)、測(cè)試到批量生產(chǎn)的完整閉環(huán)能力，而非僅看單點(diǎn)參數(shù)。