光纖通信產(chǎn)品的激光安全分級(jí)評(píng)估方法研究

陳 璽，胡春琳，劉建龍

(武漢網(wǎng)銳檢測(cè)科技有限公司，武漢 430074)

0 引 言

激光對(duì)人的傷害主要是眼睛和皮膚，波長(zhǎng)在400～1 400 nm范圍內(nèi)時(shí)，主要是對(duì)視網(wǎng)膜的危害，波長(zhǎng)>1 400 nm時(shí)，主要是熱危害?，F(xiàn)有光纖通信系統(tǒng)(Optical Fibre Communication Systems ，OFCS)中所用到的激光，主要工作波長(zhǎng)集中在800～1 700 nm之間，都在可見(jiàn)光范圍之外，當(dāng)這些光束暴露在人員可接觸區(qū)域內(nèi)時(shí)，因?yàn)闊o(wú)法通過(guò)肉眼觀察，人們無(wú)法第一時(shí)間察覺(jué)到其危害，所以此類光束對(duì)人員造成傷害的可能性更大。隨著摻鉺光纖放大器(Erbium Doped Fibre Amplifier，EDFA)和拉曼放大器的應(yīng)用，使得OFCS中所承載的光功率超過(guò)30 dBm，這樣強(qiáng)的激光如果暴露，對(duì)設(shè)備操作和維護(hù)人員的安全將造成強(qiáng)烈威脅。因此，針對(duì)具有發(fā)射激光能力的光纖通信產(chǎn)品，應(yīng)對(duì)其激光安全進(jìn)行評(píng)估和分級(jí)，并采取適當(dāng)防護(hù)措施來(lái)降低光輻射的潛在危險(xiǎn)。

光纖通信產(chǎn)品的激光安全等級(jí)評(píng)估是參照通用激光產(chǎn)品安全標(biāo)準(zhǔn)，此標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)性不強(qiáng)，沒(méi)有對(duì)應(yīng)的測(cè)試方法。本文根據(jù)國(guó)際激光安全通用標(biāo)準(zhǔn)的要求，針對(duì)光纖通信產(chǎn)品激光器的工作波長(zhǎng)、輸出功率和激光工作模式等產(chǎn)品特性及其應(yīng)用場(chǎng)景，結(jié)合相關(guān)光纖通信產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求，探討了其激光安全分級(jí)的評(píng)估方法，并提出了對(duì)OFCS的自動(dòng)功率降低(Automatic Power Reduction，APR)激活時(shí)間和最大時(shí)間間隔內(nèi)輻射量的測(cè)試方法。

1 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)介紹

與光纖通信產(chǎn)品激光安全相關(guān)的主要標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 與光纖通信產(chǎn)品激光安全相關(guān)的主要標(biāo)準(zhǔn)

因國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)并沒(méi)有與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)完成同步修訂，下文探討與研究將以IEC和ITU電信標(biāo)準(zhǔn)化相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的最新版本為依據(jù)。

2 測(cè)量幾何學(xué)

目前光纖通信產(chǎn)品中的光源對(duì)向角α較小，一般可使用默認(rèn)(簡(jiǎn)單)方法進(jìn)行激光可達(dá)發(fā)射的測(cè)量，該方法規(guī)定了3種檢測(cè)條件。下面簡(jiǎn)要說(shuō)明一下這3種檢測(cè)條件:

條件1：適用于準(zhǔn)直激光束，在其適用波長(zhǎng)范圍內(nèi)模擬使用光學(xué)器具輔助觀察可能增加的危害，模擬人員通過(guò)望遠(yuǎn)鏡觀察光束；

條件2：適用于OFCS測(cè)量，模擬OFCS的激光泄露；

條件3：在其適用波長(zhǎng)范圍內(nèi)模擬裸眼觀察可能增加的危害，也適用于掃描激光輻射的功率和能量測(cè)量。

考慮到主流的光纖通信產(chǎn)品的工作波長(zhǎng)主要集中在800～1 700 nm之間，表2給出了用于簡(jiǎn)單評(píng)估的測(cè)量孔徑光闌直徑和測(cè)量距離要求。

表2 用于簡(jiǎn)單評(píng)估的測(cè)量孔徑光闌直徑和測(cè)量距離要求

激光安全評(píng)估主要是考慮激光產(chǎn)品發(fā)出的激光對(duì)人員的傷害，比如當(dāng)人員無(wú)意識(shí)或間接用眼睛直接觀察激光或皮膚暴露在激光下，在這種情況下，人員距離激光源均有一定的距離，在測(cè)試中需要模擬類似場(chǎng)景，在特定的測(cè)量距離下，讓光束通過(guò)一定孔徑大小的光闌(模擬光學(xué)器具和人類瞳孔特性)，再采用非接觸式光功率計(jì)進(jìn)行測(cè)量其可達(dá)發(fā)射(總的發(fā)射功率、輻照度或輻照量)，測(cè)量幾何學(xué)要求如圖1所示。

圖1 測(cè)量幾何學(xué)要求圖

3 光纖通信產(chǎn)品的激光安全分級(jí)

對(duì)于獨(dú)立的光纖通信產(chǎn)品,按照IEC 60825-1用激光類別來(lái)評(píng)價(jià)產(chǎn)品激光安全等級(jí);對(duì)于OFCS,按照IEC 60825-2采用危險(xiǎn)等級(jí)來(lái)評(píng)價(jià)系統(tǒng)的激光安全等級(jí)。

光纖通信產(chǎn)品作為一臺(tái)獨(dú)立產(chǎn)品，對(duì)于其激光發(fā)射安全有要求，同時(shí)其作為OFCS組成部分，由于光纖通信的延伸特性(光功率可能傳輸至很遠(yuǎn)的距離)，將危險(xiǎn)等級(jí)降低至最低的預(yù)防措施不同于本地操作員控制激光源情況。故光纖通信產(chǎn)品在做激光安全評(píng)估時(shí)，需要分別按照IEC 60825-1和IEC 60825-2對(duì)每一個(gè)光輸出端口進(jìn)行測(cè)試，來(lái)判定激光的類別和危險(xiǎn)等級(jí)。

光纖通信產(chǎn)品發(fā)出的激光，其激光類別以及危險(xiǎn)等級(jí)是由系統(tǒng)的主波長(zhǎng)和在相應(yīng)檢測(cè)條件下檢測(cè)的可達(dá)發(fā)射來(lái)決定的。

3.1 光纖通信產(chǎn)品激光類別

IEC 60825-1中將不同波長(zhǎng)的激光產(chǎn)品按照其可達(dá)發(fā)射大小來(lái)進(jìn)行分類，目前光纖通信產(chǎn)品的激光類別主要涉及1類、1M類、3R類、3B類和4類，共5類。各類別與可達(dá)發(fā)射極限(Accessible emission Limits，AEL)的關(guān)系概括如圖2所示。

圖2 激光類別分類圖示

對(duì)于激光類別的判定，依據(jù)條件1和3，在產(chǎn)品正常工作和模擬異常條件下進(jìn)行可達(dá)發(fā)射測(cè)試，將結(jié)果依次與AEL進(jìn)行比較，從而來(lái)判定激光產(chǎn)品類別。激光類別的判定原則是“由低到高，就高不就低”。一般來(lái)說(shuō)，條件3比條件1嚴(yán)格，可優(yōu)先采用條件3的測(cè)試結(jié)果與AEL比較。具體AEL可參考IEC 60825-1中表3～8?？傮w來(lái)說(shuō)，AEL是隨著激光類別的增高而增大。圖3所示為C6=1(C6為

圖3 各類連續(xù)波最大允許發(fā)射功率(C6=1)

AEL計(jì)算時(shí)的校正因子[1])時(shí)各類連續(xù)波的最大允許發(fā)射功率。

對(duì)于光纖通信產(chǎn)品中經(jīng)常使用的1 550 nm工作波長(zhǎng),其AEL典型值如下：1類產(chǎn)品10 mW (+10 dBm)，3R類產(chǎn)品50 mW (+17 dBm)，3B類產(chǎn)品500 mW (+27 dBm)。

3.2 OFCS激光危險(xiǎn)等級(jí)

OFCS在正常運(yùn)行條件下，光輻射完全被封閉，不會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)，IEC認(rèn)可OFCS在技術(shù)上可劃分為1類激光產(chǎn)品，但OFCS潛在危險(xiǎn)主要是系統(tǒng)安裝施工、光纖連接器的松脫、光分路器空閑端口直接暴露或光纜的斷裂等情況下導(dǎo)致的激光暴露，這類潛在危險(xiǎn)需單獨(dú)評(píng)估其激光危險(xiǎn)等級(jí)。

IEC 60825-2中將產(chǎn)品依據(jù)危險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行分級(jí)，其分級(jí)程序AEL均與IEC 60825-1激光分類一致，只是進(jìn)行危險(xiǎn)等級(jí)判定時(shí)，測(cè)試條件采用條件2。需要特別注意的是：當(dāng)AEL計(jì)算公式帶有校正因子C7、針對(duì)波長(zhǎng)范圍為1 200～ 1 400 nm時(shí)，C7值為8，相關(guān)要求見(jiàn)IEC 60825-2-i2(ed3.0)[9]。

4 OFCS的APR要求

若光纖中承載的光功率較高，IEC 60825-2允許采用APR技術(shù)來(lái)獲得較低的危險(xiǎn)等級(jí)，同時(shí)ITU-T專門針對(duì)通信系統(tǒng)中的激光安全制定了G.664標(biāo)準(zhǔn)，其明確提出了在光傳送網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)備中對(duì)超出光功率限值的光接口需采取APR技術(shù)，以保障當(dāng)光纖意外斷開(kāi)時(shí)泄露的激光不會(huì)傷害到人眼或其他身體部位，要求從光傳送段(Optical Transmission Section，OTS)中的連接中斷之時(shí)起，對(duì)于受影響的OTS中所有的光輸出必須在一定時(shí)間(最長(zhǎng)3 s)內(nèi)將限定位置的功率降到1M類危險(xiǎn)等級(jí)(或在受控位置降到3B類危險(xiǎn)等級(jí))[6]。

圖4所示為APR進(jìn)程基本原理示意圖，當(dāng)A點(diǎn)(西向)光纖斷裂后，接收端R2處檢測(cè)到OTS信號(hào)連續(xù)性丟失(Loss of Continuity on OTS，LOC-OTS)，從而導(dǎo)致T2的發(fā)送端口輸出功率減小，同樣會(huì)引起接收端口R1處的LOC-OTS，從而使發(fā)送端口T1處輸出功率減小。這樣就可以保證在發(fā)生故障處的A點(diǎn)(西向)這一段光纖上的光功率都處于安全水平。在受影響的OTS內(nèi)，所有光輸出端處的功率應(yīng)在3 s內(nèi)(從OTS中斷時(shí)刻起)降低到1M類危險(xiǎn)等級(jí)(或在受控位置降到3B類危險(xiǎn)等級(jí))以下。

圖4 APR進(jìn)程基本原理示意圖

依據(jù)IEC 60825-2要求，對(duì)于具有APR功能的OFCS，兩端設(shè)備APR進(jìn)程總的激活時(shí)間應(yīng)<3 s，在最大時(shí)間間隔后(非受限位置為1 s，受限位置或受控位置為3 s)測(cè)量可達(dá)發(fā)射確定危險(xiǎn)等級(jí)。同時(shí)在最大時(shí)間間隔內(nèi)的輻射量(輻照度或輻照量)滿足IEC 60825-1中最大允許照射量(Maximum Permissible Exposure，MPE)的要求。

在具有相同危險(xiǎn)等級(jí)的兩類系統(tǒng)中，在正常運(yùn)行條件下，具備APR功能的系統(tǒng)光信號(hào)功率等級(jí)可以遠(yuǎn)高于不具備APR功能的系統(tǒng)。

5 光纖通信產(chǎn)品的激光安全分級(jí)評(píng)估

5.1 光纖通信產(chǎn)品的激光安全判定

5.1.1 分級(jí)判定流程

目前OFCS中的激光大多為持續(xù)發(fā)光的小光源(α≤αmin=1.5 mrad，αmin為光源的最小對(duì)向角)，此類光源的等級(jí)判定流程如圖5所示。

圖5 光源等級(jí)判定流程

主要步驟如下：

(1) 產(chǎn)品輸出參數(shù)測(cè)量：包括產(chǎn)品輸出波長(zhǎng)、可達(dá)發(fā)射和對(duì)向角等參數(shù)的測(cè)量。產(chǎn)品光輸出的波長(zhǎng)可用光譜分析儀進(jìn)行測(cè)量；可達(dá)發(fā)射的測(cè)試，需要參考IEC 60825-1和IEC 60825-2的規(guī)定，在規(guī)定的可達(dá)輻射距離，使用規(guī)定的限制孔徑進(jìn)行測(cè)量;對(duì)向角可借助工業(yè)相機(jī)進(jìn)行測(cè)量。

(2) 激光的類別和時(shí)基的選擇：需要根據(jù)產(chǎn)品輸出的中心波長(zhǎng)進(jìn)行選擇?？紤]到光纖通信產(chǎn)品的工作波長(zhǎng)一般都>400 nm，且產(chǎn)品的激光輻射在使用時(shí)并不會(huì)出現(xiàn)有意識(shí)的長(zhǎng)時(shí)間觀察的現(xiàn)象，時(shí)基一般選擇為100 s。

(3) 類別AEL值確定：在確定了激光類別和時(shí)基后，根據(jù)波長(zhǎng)即可查閱標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)應(yīng)每一類別下的AEL值。

(4) 檢查特定條件下的產(chǎn)品可達(dá)發(fā)射是否超過(guò)該AEL值。

(5) 如果選擇的AEL值較大，必要時(shí)可以選擇較低類別進(jìn)行再次判定。

在進(jìn)行可達(dá)發(fā)射的測(cè)量時(shí)，需要對(duì)每一個(gè)光輸出端口進(jìn)行測(cè)試，除了考慮正常工作條件外，還需要考慮可能導(dǎo)致可達(dá)發(fā)射變大的單一故障條件(例如激光泵浦電流控制器短路等)，取這兩種情況下可達(dá)發(fā)射的較大值作為最終測(cè)量值。

當(dāng)多波長(zhǎng)在同一光纖中傳輸時(shí)，如WDM，激光類別和危險(xiǎn)等級(jí)不僅取決于光功率水平，還取決于波長(zhǎng)是否產(chǎn)生疊加效應(yīng)。針對(duì)光纖通信產(chǎn)品1 400 nm是疊加關(guān)系的變化點(diǎn)，當(dāng)多個(gè)工作波長(zhǎng)均高于或低于1 400 nm時(shí)，則危險(xiǎn)會(huì)疊加。而當(dāng)一個(gè)波長(zhǎng)高于1 400 nm，一個(gè)波長(zhǎng)低于1 400 nm時(shí)，則危險(xiǎn)不會(huì)疊加。所以測(cè)試和計(jì)算限值時(shí)還需要考慮不同波長(zhǎng)光的疊加效應(yīng)對(duì)激光類別和危險(xiǎn)等級(jí)判定的影響。

當(dāng)產(chǎn)品具有APR功能時(shí)，除了上述步驟外，還需要同步測(cè)量APR的激活時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定時(shí)間范圍內(nèi)(非限制區(qū)域?yàn)? s；受限制區(qū)域和受控區(qū)域?yàn)? s)的輻射量，并查看其是否超過(guò)對(duì)應(yīng)類別要求的MPE(參考IEC 60825-1 附錄A)。

5.1.2 分級(jí)判定方法

在進(jìn)行激光產(chǎn)品的正確分類時(shí)，要在綜合考慮其出廠后，任何時(shí)間工作時(shí)可接觸的全部輻射波長(zhǎng)與輸出功率基礎(chǔ)上進(jìn)行分類，并將其劃分到相應(yīng)的最高類上。

在進(jìn)行激光產(chǎn)品分類時(shí)，可以按工作波長(zhǎng)將產(chǎn)品分為兩類：?jiǎn)尾ㄩL(zhǎng)輻射產(chǎn)品和多波長(zhǎng)輻射產(chǎn)品。

(1) 對(duì)于單波長(zhǎng)輻射產(chǎn)品，發(fā)射光譜范圍很窄，如果在規(guī)定的檢測(cè)條件下可達(dá)發(fā)射超過(guò)所有較低類AEL，但不超過(guò)某一類AEL，則可定義為本類產(chǎn)品。

即判定標(biāo)準(zhǔn)可表示為：若Pmeas

(2)對(duì)于多波長(zhǎng)輻射產(chǎn)品，需要考慮其波長(zhǎng)是否對(duì)眼睛和皮膚產(chǎn)生疊加效應(yīng)。分下述兩種情況：有疊加效應(yīng)時(shí)，各波長(zhǎng)可達(dá)激光輻射(在適合本類條件下測(cè)量)與相應(yīng)波長(zhǎng)的較低類AEL之比的總和大于1，但對(duì)所定類別而言其總和不超過(guò)1，其表達(dá)式為

式中：Pmeas(λi)為對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)下所測(cè)功率(或能量或其他指定量)；AEL(λi)為對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)下的分類極限值；λi為多波長(zhǎng)輻射中的波長(zhǎng)，i為1,2,3…。無(wú)疊加效應(yīng)時(shí)，應(yīng)分別評(píng)估每一個(gè)波長(zhǎng)，在適合本類條件下測(cè)得的激光輻射至少在一個(gè)波長(zhǎng)上超過(guò)所有較低類別AEL值，但所有波長(zhǎng)的激光輻射均不超過(guò)本類別AEL。表達(dá)式為

5.2 單波長(zhǎng)產(chǎn)品的激光安全評(píng)估示例

某光纖通信設(shè)備，包含一個(gè)連續(xù)發(fā)光二極管激光器(λ=1 563 nm)，假設(shè)其為準(zhǔn)直光束(對(duì)向角α<αmin，C6=1，時(shí)基100 s)，該設(shè)備支持APR功能，按照下述3個(gè)測(cè)量條件，激光輻射的檢測(cè)結(jié)果如表3所示。

表3 不同條件下激光輻射的檢測(cè)結(jié)果

另外啟用APR時(shí)，當(dāng)使用條件2進(jìn)行檢測(cè)，在1 s內(nèi)的輻照度為84.95 Wm-2。

采用啟用APR情況下的光功率結(jié)果進(jìn)行判定：

(1) 激光類別判定：選擇1類產(chǎn)品類別和100 s時(shí)基，對(duì)于準(zhǔn)直光束(α<αmin，C6=1)，從IEC 60825-1表3中可得，1級(jí)AEL=10 mW ，此產(chǎn)品在條件1和3下的檢測(cè)值均未超過(guò)1類產(chǎn)品AEL，故判定其為1類激光產(chǎn)品。

(2) 激光危險(xiǎn)等級(jí)判定：在進(jìn)行產(chǎn)品危險(xiǎn)等級(jí)判定時(shí)，檢測(cè)條件為條件2。針對(duì)該波長(zhǎng)下危險(xiǎn)等級(jí)，查閱IEC 60825-1表3和表6可知AEL為：1級(jí)AEL=10 mW ，3R級(jí)AEL=50 mW。因此產(chǎn)品在條件2的檢測(cè)值小于3R級(jí)要求，故此產(chǎn)品危險(xiǎn)等級(jí)為3R級(jí)。同時(shí)此產(chǎn)品在規(guī)定時(shí)間內(nèi)的輻照度為84.95 Wm-2，小于IEC 60825-1 附錄A 中表A.1的MPE要求值(1 000 Wm-2)，故其危險(xiǎn)等級(jí)判定維持不變。

如果該產(chǎn)品無(wú)APR功能，則其激光類別和危險(xiǎn)等級(jí)均應(yīng)判定為3B類。在IEC 60825-1中規(guī)定，1類激光產(chǎn)品是可以直接接觸的，而3B類產(chǎn)品只能在受限或受控區(qū)域使用，由此可見(jiàn)APR功能不僅降低了該產(chǎn)品的激光危險(xiǎn)等級(jí)，還拓寬了產(chǎn)品的使用區(qū)域。

5.3 多波長(zhǎng)產(chǎn)品的激光安全評(píng)估示例

一個(gè)采用芯徑為9 μm的光纖傳輸系統(tǒng)承載6路光信號(hào)：波長(zhǎng)分別為1 563.05、1 562.23、1 561.42、1 560.61、1 559.79和1 558.98 nm。當(dāng)檢測(cè)條件為條件2、對(duì)應(yīng)孔徑為7 mm、測(cè)量距離為70 mm時(shí)，每一路的最大平均光功率均為2.66 mW。下面來(lái)確定該傳輸系統(tǒng)光輸出端口的危險(xiǎn)等級(jí)。

分析：由于所有波長(zhǎng)范圍均在1 400 nm以上，這些波長(zhǎng)的影響是疊加的，評(píng)估應(yīng)基于每個(gè)波長(zhǎng)的可達(dá)發(fā)射功率與對(duì)應(yīng)類別的AEL值的比值之和來(lái)確定。

首先將其發(fā)射功率與1類AEL值進(jìn)行比較。因?yàn)楣饫w直徑為9 μm，所以表觀光源的對(duì)向角α=0.09 mrad，小于αmin(1.5 mrad)，查閱IEC 60825-1表9可知，C6=1，時(shí)基選擇100 s，查閱IEC 60825-1表3可知，1級(jí)AEL=10 mW ，此系統(tǒng)所有工作波長(zhǎng)的AEL值均相同，故可將每個(gè)波長(zhǎng)的光功率與AEL值的比值相加，可得

該值>1，可達(dá)發(fā)射超過(guò)了1類限值，1級(jí)危險(xiǎn)等級(jí)不適用。繼續(xù)選擇3R類AEL進(jìn)行判定，查閱IEC 60825-1表6可得：AEL=50 mW ，每個(gè)波長(zhǎng)的光功率與AEL值的比值相加，可得

這個(gè)值<1，所以可達(dá)發(fā)射是在3R類限值中，3R級(jí)危險(xiǎn)等級(jí)適用于此端口。

6 檢測(cè)方法

光纖通信產(chǎn)品在進(jìn)行激光安全分級(jí)評(píng)估時(shí)，主要是測(cè)試可達(dá)發(fā)射，針對(duì)具有APR功能的產(chǎn)品，還需要檢測(cè)APR動(dòng)作時(shí)間以及最大時(shí)間間隔內(nèi)(非受限位置為1 s，受限位置或受控位置為3 s)的輻射量。檢測(cè)工作需要使用光學(xué)隔振平臺(tái)、固定支架、位移支架、光闌、卡尺和光功率計(jì)等設(shè)備在暗室環(huán)境下開(kāi)展。在進(jìn)行APR的動(dòng)作時(shí)間和最大時(shí)間間隔內(nèi)的輻射量的測(cè)量和計(jì)算時(shí)，還需要使用光衰減器、光開(kāi)關(guān)、示波器、光電轉(zhuǎn)換探頭、耦合器和分路器等設(shè)備。同時(shí)，為了準(zhǔn)確控制探頭和激光源的相對(duì)位置和測(cè)量距離，需要配備光斑檢測(cè)卡、升降臺(tái)、位移臺(tái)、旋轉(zhuǎn)臺(tái)以及帶長(zhǎng)度標(biāo)注的滑動(dòng)導(dǎo)軌等。

6.1 可達(dá)發(fā)射檢測(cè)

如圖1所示，對(duì)光纖通信產(chǎn)品的每一個(gè)光輸出端口在正常工作和單一故障條件下分別測(cè)試可達(dá)發(fā)射。

開(kāi)始檢測(cè)時(shí)，需要根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格書(shū)(發(fā)射功率和波長(zhǎng))選擇合適量程的光功率計(jì)和合適波長(zhǎng)光電探頭。然后按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在平移臺(tái)調(diào)整探頭的測(cè)量距離和光闌孔徑。在檢測(cè)過(guò)程中，需要調(diào)整光源、光闌和探頭的相對(duì)位置，確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確。在進(jìn)行正常工作條件下的檢測(cè)時(shí)，需要使待測(cè)樣品正常工作，同時(shí)將待測(cè)端口的輸出功率調(diào)整至最大。在進(jìn)行單一故障條件檢測(cè)時(shí)，需要在正常工作條件的基礎(chǔ)上，依據(jù)產(chǎn)品發(fā)光控制電路，對(duì)所有可能影響輸出功率的元器件進(jìn)行開(kāi)路/短路模擬測(cè)試。影響可達(dá)發(fā)射檢測(cè)值的元器件一般有控制三極管、二極管、光探測(cè)器和限流電阻等。

6.2 APR激活時(shí)間和最大時(shí)間間隔內(nèi)輻射量測(cè)試

針對(duì)APR激活時(shí)間和最大時(shí)間間隔內(nèi)的輻射量的測(cè)試，最大難度在于確定OTS中斷時(shí)刻和APR激活時(shí)刻。本文開(kāi)發(fā)了一套測(cè)試軟件，通過(guò)對(duì)光功率計(jì)、光開(kāi)關(guān)和示波器進(jìn)行控制，提出了兩種測(cè)試方法：

方法一：OFCS的APR激活時(shí)間和最大時(shí)間間隔內(nèi)輻射量測(cè)試，測(cè)試拓?fù)淙鐖D6所示。在A和B站之間的鏈路上，串聯(lián)經(jīng)過(guò)標(biāo)定的光分路器，在保證鏈路正常工作的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)輻射量的測(cè)量?？刹捎霉忾_(kāi)關(guān)(或光衰減器)模擬光纖斷裂，從而觸發(fā)A和B站的APR進(jìn)程。

圖6 OFCS的APR激活時(shí)間和最大時(shí)間間隔內(nèi)輻射量測(cè)試拓?fù)?示波器)

調(diào)整示波器觸發(fā)模式(下降沿觸發(fā))和通道設(shè)置參數(shù)，光功率計(jì)采樣頻率為10 kHz，控制光開(kāi)關(guān)將光路斷開(kāi)，即可在示波器上得到兩條功率下降的曲線，如圖7所示，通過(guò)測(cè)量即可得出APR激活時(shí)間。

圖7 用示波器測(cè)量APR激活時(shí)間示意圖

如圖8所示，通過(guò)測(cè)試軟件全程對(duì)光功率進(jìn)行采樣(測(cè)試方法同6.1節(jié))，將采樣結(jié)果用分光比補(bǔ)償后生成曲線，利用軟件的定時(shí)器對(duì)光開(kāi)關(guān)(或光衰減器)的指令下發(fā)時(shí)間點(diǎn)和執(zhí)行反饋時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行采集，可確定OTS的中斷時(shí)刻(起點(diǎn))，按照最大時(shí)間間隔要求可以確定終點(diǎn)，并對(duì)此區(qū)間按照梯形法則計(jì)算積分，可得出此區(qū)間的積分功率，最后根據(jù)所選孔徑光闌的直徑自動(dòng)計(jì)算輻射量或輻照度，并與標(biāo)準(zhǔn)要求的MPE限值比較。

圖8 輸出光功率隨時(shí)間變化圖(APR被觸發(fā))

方法二：OFCS的APR激活時(shí)間和最大時(shí)間間隔內(nèi)輻射量測(cè)試，測(cè)試拓?fù)淙鐖D9所示。由于測(cè)試軟件中的定時(shí)器間隔為1 ms，而標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定APR激活時(shí)間為秒級(jí)，可對(duì)上述方案進(jìn)行簡(jiǎn)化，直接用軟件定時(shí)器來(lái)確定APR激活時(shí)間。在測(cè)試軟件中將光開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)間設(shè)置為光功率計(jì)開(kāi)始采樣時(shí)刻后的2 s，并加上光開(kāi)關(guān)的響應(yīng)時(shí)間即為APR進(jìn)程激活時(shí)刻，再通過(guò)測(cè)試軟件對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析來(lái)確定光功率減少的完成時(shí)刻，兩個(gè)時(shí)刻的差值即為APR激活時(shí)間。

圖9 OFCS的APR激活時(shí)間和最大時(shí)間間隔內(nèi)輻射量測(cè)試拓?fù)?/p>

光分路器建議選用性能較好的產(chǎn)品，分路比為1∶2(分光比為50/50)。在使用前，需采用寬帶光源和光譜分析儀對(duì)光分路器的波長(zhǎng)衰減進(jìn)行標(biāo)定，得出CH1和CH2在不同波長(zhǎng)下的分光比，以便對(duì)結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確補(bǔ)償。另外需要特別注意的是，在APR激活后，光功率快速下降，部分光功率計(jì)采用自動(dòng)量程時(shí)，會(huì)因量程不能及時(shí)切換而導(dǎo)致測(cè)試不準(zhǔn)確，可采用功率的積分模式進(jìn)行測(cè)量。

7 安全設(shè)計(jì)要求

在對(duì)光纖通信產(chǎn)品安全分級(jí)后，對(duì)產(chǎn)品的安全結(jié)構(gòu)、警告標(biāo)記和說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容要進(jìn)行確認(rèn)和檢測(cè)，保證產(chǎn)品符合對(duì)應(yīng)安全等級(jí)要求。

一般來(lái)說(shuō)，針對(duì)人員可能接觸到的超過(guò)1類AEL激光輻射的位置，均需要安裝防護(hù)措施。防護(hù)措施可以為防護(hù)罩、擋板、安全連鎖、復(fù)位裝置和控制器等等。防護(hù)措施的具體要求可參考IEC 60825-1 第6章要求。

在確認(rèn)了產(chǎn)品的激光等級(jí)或危險(xiǎn)等級(jí)后，還應(yīng)依據(jù)IEC 60825-1第7章以及IEC 60825-2第4.6章等安全標(biāo)識(shí)的要求，在產(chǎn)品上加貼相應(yīng)的標(biāo)識(shí)，并明確其使用區(qū)域。如果激光產(chǎn)品因尺寸或設(shè)計(jì)的原因無(wú)法在產(chǎn)品上粘貼相關(guān)標(biāo)識(shí)，則標(biāo)識(shí)應(yīng)附在說(shuō)明書(shū)中或包裝箱上。

8 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)激光安全等級(jí)認(rèn)證，可以降低國(guó)際市場(chǎng)準(zhǔn)入責(zé)任風(fēng)險(xiǎn)，快速提升和擴(kuò)大全球市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。本文通過(guò)對(duì)相關(guān)激光標(biāo)準(zhǔn)的研究，結(jié)合光纖通信產(chǎn)品的特性，探討了光纖通信產(chǎn)品激光安全分級(jí)的評(píng)估方法，可為產(chǎn)品設(shè)計(jì)、測(cè)試和認(rèn)證提供參考。文章最后也建議對(duì)相關(guān)的國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)盡快完成同步修訂工作，以利于消除國(guó)際貿(mào)易中的技術(shù)壁壘，促進(jìn)國(guó)際技術(shù)交流和合作。