[发明专利]用于纤维耦合式高功率激光源的眼部安全联锁装置

说明书

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。

技术领域

所描述的发明涉及一种系统，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。

发明背景

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。

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。

发明概述

本领域中留存的需求通过本发明解决，本发明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。

在本发明的示例性布置中，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)。

在一个实施例中，本发明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。