CN114397093A - 一种光纤激光器功率监测系统及安全联锁方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光纤激光器功率监测系统及安全联锁方法，包括光纤激光器，还包括功率传感器和隔离器，所述功率传感器设置在前后两级核心主光路之间的任意位置，用于同时监控主光路光纤以及隔离器第三端口的光纤。本发明利用一个功率传感器同时实现对前级系统输出功率和后级系统回光的监测，将级间安全联锁所需的功率传感器及其配套的信号的放大、处理模块的数量减半，降低了安全联锁系统的复杂度，解决了现有技术存在系统安全性和系统简洁性之间的矛盾。
Description
技术领域
本发明涉及监测光纤激光器技术领域，具体涉及一种光纤激光器功率监测系统及安全联锁方法。
背景技术
为监测光纤激光器的工作状态，通常在光纤激光器内部设置功率传感器，如中国专利ZL201380028019.0所公开的内容，其基本原理是利用光电传感器检测光纤中瑞利散射光的强度，据此测算光纤中导引激光的功率值。基于实时获得的激光功率，可以与激光器内部存储的正常功率值进行比对，如果超过一定范围，意味着光纤激光器可能出现工作不稳定、烧毁等异常情况，会启动报警系统甚至停机，避免造成更加严重的损失。
对于基于主振荡功率放大Master Oscillation Power Amplification, MOPA架构的光纤激光器，如果有防止后级回光干扰前级工作状态的需要，则会在激光种子源和后续各级放大器至少有一级放大器，可能存在多级放大器之间视情况增加隔离器。隔离器的作用为：允许前级系统输出的激光从隔离器输入光纤进入隔离器内部，从隔离器输出光纤输出，进入后级系统；对于从隔离器输出端光纤反向进入的后级回光，则无法从隔离器输入端光纤输出，只能或在隔离器内部被吸收，或通过隔离器第三端口的光纤导出，不会进入前级系统。后级回光的来源有多种，如被放大的外部异常反射激光，放大自发辐射AmplifiedSpontaneous Emission, ASE, 受激布里渊散射Stimulated Brillouin Scattering, SBS等。如果后级回光过大，存在烧毁隔离器的可能。因此从安全角度，需要对存在烧毁风险的隔离器处对后级回光功率进行监测，如果出现后级回光功率过高的情况，需进行安全联锁及时停机。
对于基于MOPA架构的光纤激光器，如果前级系统输出功率过低，会导致后级放大系统出现很强的ASE, 导致回光过强烧毁隔离器，或者烧毁后级放大系统的增益光纤。因此从安全角度，需要对前级输出功率进行监测，如果出现前级输出功率过低的情况，需进行安全联锁及时停机。
如前所述，对于基于MOPA架构的光纤激光器，从安全角度，需要对存在烧毁风险的隔离器处对后级回光功率进行监测，也需要对前级输出功率进行监测。目前的技术方案通常只对单根光纤中的光功率进行检测，如果需要对多根光纤或者在主光路上的多个位置进行监测，则需要布局多个功率传感器及其配套的信号的放大、处理模块。
由于布局过多功率传感器会增加系统复杂度，如增加安装功率传感器的空间需求，增加对采集信号进行放大、处理的板卡需求，因此现有技术存在系统安全性和系统简洁性之间的矛盾，在条件受限时，现有技术常放弃部分检测点，增加系统风险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光纤激光器功率监测系统及安全联锁方法，以期解决背景技术中存在的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种光纤激光器功率监测系统，包括光纤激光器，还包括功率传感器和隔离器，所述功率传感器设置在前后两级核心主光路之间的任意位置，用于同时监控主光路光纤以及隔离器第三端口的光纤。
在一些实施例中，当所述功率传感器监测到前级系统输出功率过低或后级系统回光过高时，启动安全联锁进行停机。
本发明还提供了一种光纤激光器安全联锁方法，基于上述的光纤激光器功率监测系统实现，包括以下步骤：
按设定功率开启激光器
功率传感器同时收集主光路光纤和隔离器第三端口光纤的散射光，将光信号转换为电信号；
将电信号放大获得信号值PDD；
定时对比PDD与设定功率值相对应的正常功率值的上限PDU和下限PDL；
如果PDD的数值高于上限PDU，则意味着后级系统回光过高，如果PDD的数值低于下限PDL，则意味着前级系统输出功率过低，均触发报警机制，进行停机。
在一些实施例中，所述正常功率值的上限PDU和下限PDL为预存设定值，或根据预存值插值计算得到。
有益效果
本发明与现有技术相比，其显著优点是：
本发明利用一个功率传感器同时实现对前级系统输出功率和后级系统回光的监测，将级间安全联锁所需的功率传感器及其配套的信号的放大、处理模块的数量减半，降低了安全联锁系统的复杂度，解决了现有技术存在系统安全性和系统简洁性之间的矛盾。
附图说明
图1是本实施例1的光纤激光器功率监测系统的示意图；
图2是本实施例5的光纤激光器安全联锁方法的流程图；
图3是本实施例2的光纤激光器功率监测系统的示意图；
图4是本实施例3的光纤激光器功率监测系统的示意图；
图5是本实施例4的光纤激光器功率监测系统的示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
相反，本申请涵盖任何由权利要求定义的在本申请的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本申请有更好的了解，在下文对本申请的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本申请。
以下将结合图1-5对本申请实施例所涉及的一种光纤激光器功率监测系统及安全联锁方法进行详细说明。值得注意的是，以下实施例仅仅用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。
一种光纤激光器功率监测系统，包括光纤激光器，还包括功率传感器和隔离器，所述功率传感器设置在前后两级核心主光路之间的任意位置，用于同时监控主光路光纤以及隔离器第三端口的光纤。
实施例的技术方案利用一个功率传感器同时监控主光路光纤以及隔离器第三端口的光纤，实现对前级系统输出功率和后级系统回光的同时监测；当功率传感器监测到前级系统输出功率过低或后级系统回光过高时，启动安全联锁进行停机。
功率传感器的放置点，可以在前后两级核心主光路之间的任意位置，并不受到具体器件前后的限制，既可以隔离器之前或之后，也可以设置在其他器件的前方或后方，这些器件包括但不限于模场匹配器、滤波器、包层光剥离器、合束器等等；
当然，可以通过加强光泄漏或者在光纤表面增加覆盖物等方式，来增强或减弱功率传感器接收到的主光路光纤以及隔离器第三端口的光纤散射光强度，以适应功率传感器监控的动态范围。
下面结合具体的实施例来阐述本发明的工作原理：
实施例1：
如图1所示:激光种子源1与隔离器2通过隔离器输入光纤21连接，放大器10与隔离器2通过隔离器输出光纤22连接，功率传感器放置在隔离器2和放大器10之间，同时监控隔离器输出光纤22与隔离器第三端口光纤23。
实施例2：
如图3所示，第1级放大器11与隔离器2通过隔离器输入光纤21连接，第2级放大器12与隔离器2通过隔离器输出光纤22连接，功率传感器放置在隔离器2和第1级放大器11之间，同时监控隔离器输入光纤21与隔离器第三端口光纤23。
实施例3：
如图4所示，激光种子源1与隔离器2通过隔离器输入光纤21连接，模场适配器5与隔离器2通过隔离器输出光纤22连接，功率传感器放置模场适配器5和放大器10之间，同时监控模场适配器5和放大器10之间的连接光纤以及隔离器第三端口光纤23。
实施例4:
如图5所示，作为实施样例，激光种子源1与滤波器6连接，滤波器6与隔离器2通过隔离器输入光纤21连接，模场适配器5与隔离器2通过隔离器输出光纤22连接，功率传感器放置模场适配器5和隔离器2之间，同时监控隔离器输出光纤22与隔离器第三端口光纤23。
实施例5：
本实施例提供了一种光纤激光器安全联锁方法，包括以下步骤：按设定功率开启激光器，功率传感器同时收集主光路光纤和隔离器第三端口光纤23的散射光，将光信号转换为电信号，放大后的电信号值为PDD，定时对比PDD与设定功率值相对应的正常功率值的上限PDU和下限PDL，其中正常功率值的上限PDU和下限PDL可以为预存设定值，或根据预存值插值计算得到。如果PDD的数值高于上限PDU，则意味着后级系统回光过高，如果PDD的数值低于下限PDL，则意味着前级系统输出功率过低，均触发报警机制，进行停机。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种光纤激光器功率监测系统，包括光纤激光器，其特征在于，还包括功率传感器和隔离器，所述功率传感器设置在前后两级核心主光路之间的任意位置，用于同时监控主光路光纤以及隔离器第三端口的光纤。
2.根据权利要求1所述的一种光纤激光器功率监测系统，其特征在于，当所述功率传感器监测到前级系统输出功率过低或后级系统回光过高时，启动安全联锁进行停机。
3. 一种光纤激光器安全联锁方法，其特征在于，基于权利要求1或2所述的光纤激光器功率监测系统实现，包括以下步骤：
按设定功率开启激光器
功率传感器同时收集主光路光纤和隔离器第三端口光纤的散射光，将光信号转换为电信号；
将电信号放大获得信号值PDD；
定时对比PDD与设定功率值相对应的正常功率值的上限PDU和下限PDL；
如果PDD的数值高于上限PDU，则意味着后级系统回光过高，如果PDD的数值低于下限PDL，则意味着前级系统输出功率过低，均触发报警机制，进行停机。
4.根据权利要求3所述的一种光纤激光器安全联锁方法，其特征在于，所述正常功率值的上限PDU和下限PDL为预存设定值，或根据预存值插值计算得到。
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