用于纤维耦合式高功率激光源的眼部安全联锁装置制造方法及图纸

本申请涉及用于纤维耦合式高功率激光源的眼部安全联锁装置。提出了一种系统，该系统用于连续监测耦合到激光源的传输纤维的完整性，并在识别沿传输纤维的任何类型的切割、断裂或断开时立即关闭激光源。一对监测光电二极管与激光源一起被包含，并用于观察反射光与发射光的比值，如果该比值超过给定阈值，则关闭激光器。如果存在断裂，反射光的功率将高于正常功率，其中定义的阈值用于确定计算强度指示断裂。通过使用以分贝为单位进行的测量，监测系统只需采用强度差来产生反射/传输比值输出。出。出。

【技术实现步骤摘要】
用于纤维耦合式高功率激光源的眼部安全联锁装置


[0001]所描述的专利技术涉及一种系统，该系统用于连续监测耦合到激光源的传输纤维(transmission fiber)的完整性并在识别到沿传输纤维的任何类型的切割、断裂或断开时关闭激光源。
[0002]专利技术背景
[0003]高功率激光源在各种不同的应用中被使用，从支持高速数据信号在长距离传输纤维上的传输到利用激光光束本身焊接/切割材料(在后者的情况下，高功率光束经由光纤输送到工作现场)。虽然非常有用，但传输纤维的任何无意类型的断裂或切割(或纤维终端与其他设备的断开)都可能导致在纤维断裂位置(或断开处)从暴露端面无意释放高能光束。一个特别关注的问题是，如果工人暴露于激光光束，会对人的眼睛造成损害(“眼睛安全”通常是用于许多系统的明确的标准)。事实上，大多数国家要求在一定功率电平以上运行的激光源包括安全联锁装置(safety interlock)，以便在纤维断裂或断开时关闭激光源。一些现有技术的联锁配置基于监测纤维段(fiber span)两端的光功率，执行损失计算并将计算的损失与期望值进行比较。当接收到的信号功率低于某一电平(这表明纤维断裂或断开可能已经发生)时，“禁用”控制信号被发送到激光源。
[0004]在某些情况下，需要监测纤维段两端的功率以执行监测(即，“系统级”监测)可能不能如所希望的那样迅速地作出反应，或者在功率下降与纤维段本身以外的元件有关的情况下，可能触发“误报(false positive)”禁用激光控制信号。
[0005]专利技术概述
[0006]本领域中留存的需求通过本专利技术解决，本专利技术涉及用于连续监测耦合到激光源的传输纤维的完整性，并在识别到沿传输纤维的任何类型的切割、断裂或断开时立即关闭激光源的系统。
[0007]在本专利技术的示例性布置中，一对监测光电二极管与激光源一起被包含，并用于观察反射光与发射光的比值，如果比值超过给定阈值，则关闭激光器。如果存在断裂，反射光的功率将高于正常功率，其中定义的阈值用于确定指示断裂的计算强度。通过使用以分贝为单位进行的测量，监测系统只需采用强度差来产生反射/传输比值输出(reflection/transmission ratio output)。
[0008]在一个实施例中，本专利技术采用包括分束装置和一对监测光电二极管的激光关闭安全系统的形式。分束装置沿光信号路径定位在激光源的输出端处，并用于引导光输出光束的第一小部分离开光信号路径，并使该光学光束的第二大部分沿光信号路径通过并进入相关联的光传输纤维。该对监测光电二极管中的第一监测光电二极管被设置为接收该光学光束的由分束装置重新定向的该第一小部分，并根据该光学光束的发射功率由该第一小部分产生基准光电流，并且该对监测光电二极管中的第二监测光电二极管被设置为接收从相关联的光传输纤维入射的任何反射光束，其中背向反射光束(back
‑
reflected beam)指示沿相关联的光传输纤维的连续性损失，第二监测光电二极管产生与背向反射光束的功率电平相称的电平的光电流。该安全系统还包括控制模块，该控制模块响应于第一监测光电二极
管的光电流输出和第二监测光电二极管的光电流输出，从而基于光电流的值从其中产生用于关闭激光源的控制信号。
[0009]一种利用本专利技术的系统来监测光传输纤维的方法可以包括以下步骤：确定与有害辐射的启动有关的背向反射功率阈值Y
th
；在激光发射器源处的第一监测光电二极管中测量由激光器产生的输出光束的外耦合部分(out
‑
coupled portion)；在激光发射器源处的第二监测光电二极管中测量沿光传输纤维返回到激光发射器源的背向反射光束；将背向反射光束中的功率与发射光束的外耦合部分中的功率进行比较，以产生比值R；以及当R>Y
th
时，向激光发射器源内的激光二极管发射“关断”信号。
[0010]本专利技术的各种其他优点和实施例将在下面的讨论过程中并通过参考附图变得明显。
[0011]附图简述
[0012]图1是根据本专利技术的原理形成的任何示例性激光安全关闭系统的框图；以及
[0013]图2是示出使用本专利技术的安全关闭系统的示例性过程的流程图。
[0014]详细描述
[0015]光通信网络的容量连续增长，该增长的一个方面是利用光放大器来增加网络中链路之间可以实现的功率电平。例如，用于长距离电信的光放大器可以将200mW
‑
400mW的光功率发送到基于使用单模纤维的系统中；下一代系统预计将达到接近1W的电平。即使在本地部署的“无源”光网络中，模拟视频传送到家庭所需的光功率也在200mW左右。在这些功率电平下，辐射安全问题变得非常重要。意外的缆线或纤维断裂，以及未耦合或“打开”的连接器可能会使人体暴露于不可见的红外线辐射，并造成损害，这取决于暴露时间。
[0016]图1示出了根据本专利技术原理形成的示例性激光关断安全系统10，以识别这些“纤维断裂”或“连接器打开”情况并指示激光源关断。系统10示出为与常规激光源1一起使用，该常规激光源1包括激光二极管2和光束整形光学器件3。在这里，光束整形光学器件包括准直透镜4和双级隔离器5。激光源1的部件仅被认为是现有技术的代表。安全系统10可适于与光源的任何常规布置一起使用。
[0017]安全系统10基于一对监测光电二极管12、14与分束元件的结合使用，以连续测量来自激光源1的输出功率和来自纤维断裂/断开(通常被称为沿光纤的“连续性损失”)的背向反射光(如果有的话)。参考如图1所示的实施例，分束元件采取部分反射镜16(其沿来自激光源1的光输出轴线(OA)定位)的形式。在到达镜16时，产生的光束的小百分比(在此示出为约1％)被引导到第一监测光电二极管12中。余下的光束(在此为99％)被允许继续沿光信号输出路径传播，并最终耦合到传输纤维F中。为了理解本专利技术的原理，该输出光束中的功率被定义为X dBm。
[0018]类似于各种现有技术的“锁定(lockout)”系统，如果所被反射的1％的由第一监测光电二极管12测量的绝对功率超过给定阈值，则可以推定激光源1正在产生极其过量的功率，并且可能随时失效。第一控制信号路径18被示出为耦合在第一监测光电二极管12和激光二极管2之间，其中在“失控(run away)”激光的情况下，“自动功率控制”(APC)信号沿路径18发送并用于关断激光二极管2。
[0019]第二监测光电二极管14定位为如图1所示，以捕获沿传输纤维F的背向反射(在图示中以Y dB表示的反射)。特别地，第二监测光电二极管14相对于部分反射镜16定位成使得
任何背向反射被部分反射镜16的反射表面16R重新定向到第二监测光电二极管14中。接收到的背向反射光然后由第二监测光电二极管14转换为光电流I
BR
。
[0020]根据本专利技术的原理，可以通过使用第二监测光电二极管14结合第一监测光电二极管12来识别沿传输纤维F的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光关闭安全系统，包括：分束装置，所述分束装置沿光信号路径定位在激光源的输出端处，用于截取从所述激光源输出的光学光束，并引导输出的所述光学光束的第一小部分远离所述光信号路径，并使所述光学光束的第二大部分沿所述光信号路径通过并进入相关联的光传输纤维；第一监测光电二极管，所述第一监测光电二极管被设置为接收所述光学光束的由所述分束装置重新定向的所述第一小部分，并基于所述光学光束的发射功率由所述第一小部分产生基准光电流；第二监测光电二极管，所述第二监测光电二极管被设置为接收从所述相关联的光传输纤维入射的任何反射光束，其中背向反射光束指示沿所述相关联的光传输纤维的连续性损失，所述第二监测光电二极管产生与所述背向反射光束的功率电平相称的电平的光电流；以及控制模块，所述控制模块响应于所述第一监测光电二极管的光电流输出和所述第二监测光电二极管的光电流输出，并由此基于光电流的值产生用于关闭所述激光源的控制信号。2.根据权利要求1所述的激光关闭安全系统，其中，所述控制模块包括比值产生器，所述比值产生器用于计算所述第二监测光电二极管的所述光电流输出与所述第一监测光电二极管的所述光电流输出的比值R，当所述比值R超过预定值时，所述控制模块产生关闭控制信号。3.根据权利要求2所述的激光关闭安全系统，其中，所述控制模块还包括：存储元件，所述存储元件用于存储确定的阈值Y
th
；以及比较器，所述比较器响应于所述比值产生器和所述存储元件，当R>Y
th
时提供输出的所述关闭控制信号。4.根据权利要求3所述的激光关闭安全系统，其中，所述确定的阈值是存储在所述存储元件中的固定值。5.根据权利要求3所述的激光关闭安全系统，其中，存储在所述存储元件中的所述确定的阈值能够根据需要更新。6.根据权利要求1所述的激光关闭安全系统，其中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜腾达，徐晓杰，瑟鲁基，
申请(专利权)人：IIVI特拉华有限公司，
类型：发明
国别省市：