2021-03-27
全球领先的工程材料和光电器件供应商II-VI于3月25日（美国时间）宣布，它与全球领先的激光器、基于激光的技术和基于激光的系统解决方案供应商之一Coherent,达成最终协议。
根据该协议，II-VI将以现金和股票交易方式收购所有Coherent股票。根据交易条款，Coherent股东将以每股Coherent普通股交换为220美元的现金和0.91股II-VI普通股。
II-VI首席执行官Vincent D.(Chuck) Mattera Jr.博士表示：“我们很高兴与Coherent达成协议，以打造光子解决方案、化合物半导体以及激光技术和系统的全球领导者。合并之后，我们将拥有巨大的机会，通过互补的技术平台来加速增长，通过利用我们在整个价值链中的合并规模来增强竞争力，受益于更丰富的市场经验和专业知识，并通过拓宽终端市场和地域市场来进一步多元化我们的业务。”
他还说：“ II-VI和Coherent的结合将使我们在未来几十年中共同面对不可逆的大趋势。我们很高兴欢迎才华横溢的Coherent团队加入II-VI，并期待我们的共同努力为公司股东、客户、员工和业务合作伙伴等所有利益相关者带来可观的价值。”
合并后的公司预计在交易结束后的36个月内将实现2.5亿美元的年度成本协同效应，预计交易结束后第二年将增加非GAAP每股收益。
＋财务优势
II-VI计划以手头现金、摩根大通约54亿美元的完全承诺债务融资和贝恩资本的股权投资为交易提供资金。贝恩资本已承诺以每股85.00美元的转换价格向合并后的公司投入15亿美元，并已确认愿意在同等条件下额外增加6.5亿美元的可选投资金额，其中至少增加3亿美元，使其总投资额达到最少18亿美元。贝恩资本的投资将使II-VI大大降低杠杆率。
贝恩资本联合主席Steve Pagliuca将通过他们的投资加入II-VI董事会。预计现任两名Coherent董事也将在交易结束后加入II-VI董事会。
贝恩资本联合主席Steve Pagliuca说：“我们很高兴与Chuck和II-VI管理团队合作，他们拥有出色的运营经验和强大的并购记录。II-VI和Coherent的结合将打造光子学行业的领先平台。我们对合并公司将在未来几年内取得的成就感到非常兴奋。”
这项交易已获得两家公司董事会的批准，目前还需获得II-VI和Coherent的股东的批准，以及美国和外国监管机构的批准以及其他惯例成交条件。交易预计将在2021年年底之前完成。
Allen&Company LLC和摩根大通证券有限公司担任II-VI的财务顾问，而Wachtell、Lipton、Rosen&Katz和K&L Gates担任法律顾问。
同日，Coherent宣布终止与Lumentum的合并协议。根据Coherent于2021年3月9日与Lumentum的合并协议，Coherent必须向Lumentum支付2.176亿美元的终止费，以便与II-VI达成新的合并协议。
据Lumentum表示，根据2021年3月24日的收盘价，Lumentum的要约价格为283.12美元，而II-VI的要约价格为281.21美元。
Lumentum的要约包括以每股230美元的现金和0.6724股Lumentum股票的价格购买Coherent的每股股票。II-VI的要约包括每股220美元的现金和0.9100股II-VI的股票。
来源：ICC
2021-03-27
2021-03-25
水刀切割和激光切割是现在广泛使用的切割方式，事实证明，这两种方式也是业内最有效的切割解决方案。但是人们并没有停止寻找更好的切割方式，例如说一些精密金属零部件的加工，或者是一些新材料的切割，就需要寻找新的切割方式，继而就研发出了独特的水刀激光切割技术。
随着碳纤维增强聚合物，以及陶瓷基复合材料等新材料的出现，这些新型材料的机加工成为一个问题。
无论是水刀还是激光切割都有着一些缺陷，为了应对这一挑战，就开发了水刀激光切割技术来加工这类高级复合材料。
水刀激光切割是一种混合加工方式，也被称为激光微喷，是将激光与“细细的”水射流结合在一起，水射流（水刀）通过与常规光纤类似的方式精确地引导激光束从而实现切割，水刀不断冷却切割区并有效清除切割时产生的碎屑。
激光通过聚焦后会形成激光束，穿过加压水腔时就会推动水向前流动，并聚焦到喷嘴中，最后激光束将和水流一起从喷头中射出。这个水流里是不加磨料的，所以切割主要还是靠激光，水的作用是利用水柱引导激光不分散，聚集激光能量切得更快，还有降温和清除碎屑作用。
从喷嘴到切割工件上的这段距离，激光束并不会分散，而是在水柱中不断反射前进，原理上类似于光纤传输，激光束可以在长达10cm的距离被引导，从而实现整齐的切缝，无需再次聚焦或距离控制。
该技术最先是应用在半导体晶圆切割上的，随着技术的成熟，逐渐推广到医疗设备，钟表加工，燃气和喷气发动机涡轮叶片，半导体设备的机械加工以及超硬工具制造过程中的材料切割。
水刀激光切割对于加工者来说，它可以有更快的生产速度，更广泛的加工材料，更高的可靠性和更高的切割质量，实现更低的切割成本。而随着更多新材料出现，水刀激光切割所有的这些特点，也将被更广泛的使用。
文章来源：制造原理
2021-03-25
众所周知，铜及其合金是一种非常难以焊接的材料，其原因如下：铜及其合金的传导率比较高，造成熔化困难，因此大量的热需要用来补偿热消散和局部进行高度加热，结果形成热应力和最终造成变形等缺陷。溶解的氧容易形成氧化物和气孔。对激光束的吸收率比较低，尤其是激光波长为700nm以上的时候，吸收率不到3%。Auwal等人曾经对激光焊接铜合金进行了一个综述，详细的讨论了在铜合金作为工程材料时所面临的问题。
▲图1. 上图为激光光束振荡焊接技术的示意图，下图，在不同激光功率的条件下焊接焊道的俯视图和横截面，参数为: 焊接速度 = 4.0 m/min, 聚焦的位置 = 0, 旋转直径 = 1.0 mm,旋转频率 = 100 Hz, 光束轨迹 =圆形. 焊接方向为自左边向右边
众所周知，铜及其合金是一种非常难以焊接的材料，其原因如下：铜及其合金的传导率比较高，造成熔化困难，因此大量的热需要用来补偿热消散和局部进行高度加热，结果形成热应力和最终造成变形等缺陷。溶解的氧容易形成氧化物和气孔。对激光束的吸收率比较低，尤其是激光波长为700nm以上的时候，吸收率不到3%。Auwal等人曾经对激光焊接铜合金进行了一个综述，详细的讨论了在铜合金作为工程材料时所面临的问题。
▲图2. 在不同的焊接速度下得到的焊道的俯视图和横截面，激光参数为：: 激光功率 = 4000 W, 光斑聚焦位置 = 0, 光束振荡直径 = 1.0 mm, 光束振荡频率 = 100 Hz,光束轨迹 =圆形. 焊接方向为自左边向右边进行焊接
如今，大多数激光焊接铜合金的研究聚焦在脉冲激光的点焊的应用上。采用连续激光焊接厚板的铜的可行性将会允许在热交换器，高功率翅膀转换以及导电和导热所需要的设备上的应用。
▲图3. 光束移动时铜材料的相互作用的示意图（俯视图），每一种颜色代表一个单个的周期T
为了克服焊接性的问题，采用不同的策略产生连续的穿透型的对接焊缝且可以控制焊接缺陷，显微组织和残余应力与变形。在所有的策略钟，在连续激光焊接的过程钟，采用光束振荡，或者说叫摇摆，目前还没有应用到铜的激光焊接上，但铝合金和钛合金等材料中的激光光束振荡焊接已经有应用，以上材料比铜合金的焊接相对要容易一些。
▲图4. 在不同的激光光斑聚焦位置下焊道的俯视图和横截面，焊接参数为：激光功率 = 4000 W, 焊接速度 = 4.0 m/min，旋转直径 = 1.0 mm, 选装频率 = 100 Hz, 光束轨迹 =圆形).焊接方向为自左边向右边进行焊接
光束摇摆（振荡）扩大了激光束与材料之间相互作用的面积和焊接宽度，降低了焊接过程中所需要的热输入。在高反射材料中，如铜合金，采用光束振荡，材料的局部温度会升高和提高对激光的吸收率。能量的效率会增加，因为在焊接过程中的反射变少。另外一个主要的优势在于适宜的光束振荡激光头在使用时，可以控制热温度梯度和匙孔的稳定性，这将导致焊接缺陷的减少和获得光滑的焊缝表面。
▲图5. 在不同的光束振荡旋转直径的条件下得到的俯视图和横截面图：激光参数为激光功率 = 4000 W, 焊接速度 = 3.0 m/min, 光斑聚焦位置 = 0, 旋转频率 = 100 Hz,光束轨迹 = 圆形. 焊接方向为自左向右进行扫描
激光的动态移动可以具有不同的形状，并且其振荡模式的变化可以促进在焊接工艺过程中实现更好的温度管理，从而导致并不陡峭的热输入和冷却速率以及热温度梯度。因此，激光光束振荡可以通过最大化的降低焊接缺陷来提高工艺过程，而不会对焊接后的显微组织产生影响，就不会出现以前Kraetzsch所报道的 Cu/Al异种材料的焊接和Wang等人所报道的进行Al焊接时所产生的情况。
▲图6. 采用不同的光束轨迹得到的焊道的俯视图和横截面；激光参数为：激光功率 = 4000 W, 焊接速度 = 4.0 m/min, 光斑聚焦位置 = 0, 旋转直径 = 1.0 mm. 焊接方向为自左边到右边进行焊接
激光光束摆动焊接（光束振荡技术）在如今开始变得可以实现更加广泛的应用。Khodabakhshi等人成功的采用光束摆动技术实现了Al与Mg之间的异种连接。观察到裂纹的敏感性在适当的激光运动下变得可控。这些结果进一步的得到了 Shah 的证明，他的研究结果表明光束摆动可以提高Al同Mg的异种材料连接的质量。气孔的形成在采用光束摆动焊接Al-Mg合金的的时候也会得到抑制，这进一步的证明了光束摆动这一新颖的技术在焊接中的潜在影响。而且，Jiang等人和Li等人的研究显示熔化区的晶粒细化在光束摆动中可以观察到。在光束摆动过程中复杂的激光束的运动可以用来控制材料在焊接过程中的峰值温度和热温度梯度。
▲图7. 激光焊接铜合金时的光学照片：a) 焊接接头的宏观照片; b)基材; c) 热影响区; d) 熔化区
由于激光摆动焊接仍然是新发展起来的一项技术，在当前，激光摆动焊接主要集中在钢和Al的焊接上，针对铜合金的有效焊接上尚存在理解缺乏的问题。本研究主要针对光束振荡参数对铜合金进行激光焊接时的焊道形貌和显微组织的影响，其目的时希望能够理解光束摆动对熔池的运动，焊道形貌和横截面的特征以及显微组织进行分析表征。
▲图8. a) 和 b) 光束振荡（摆动）焊接工艺的示意图; c) 熔化区的横截面 ; d) 实际焊道的边界和理论分析的边界的对比
▲图9. 在不同的光束振荡参数下，当匙孔在同一位置时熔池的顶部表面的速度矢量图的模拟结果 (测试单位: m/s)：(a) 30 Hz; (b) 50 Hz; (c) 70 Hz; (d) 90 Hz; (e) 0.50 mm; (f) 0.75 mm; (g) 1.00 mm; (h) 1.25 mm.（材料为SUS304不锈钢）
主要研究结论
采用激光光束振荡（摆动）技术进行铜合金的焊接，取得了如下积极的结果：当焊接参数进行优化时，没有焊接缺陷存在，如气孔，裂纹等，这些是铜合金应用时的关键指标。
采用多模光纤激光进行焊接铜合金的厚度为1.5mm的时候，可以实现无缺陷的焊接，焊接参数为：焊接速度在3.5 到4 m/min，采用圆形的焊接模型，圆形的旋转直径为0.6–1 mm，频率为100Hz。
光束振荡对焊接工艺产生了积极的影响，这是因为焊接模式从匙孔效应转变为传导焊接模式。没有施加光束振荡的条件下，样品中存在大量的气孔缺陷，飞溅和空穴，导致的原因是匙孔的不稳定性。
高的旋转直径和旋转频率增加了焊道之间的搭接，导致交互作用时间变短，因此，焊道的穿透能力下降。然而，焊道表面的形态呈现出较少的缺陷，如飞溅和表面空穴。由于焊接工艺不是对称的，这是因为光束旋转的原因造成的，在高速旋转频率的作用下底部存在不饱满。
在高的焊接速度下，尽管表面空穴和飞溅减少，但焊接深度显著下降。测试不同的光束运动轨迹后发现，圆形的运动轨迹是效果最佳的。
在焊接的熔化化区发现非传统的显微组织特征，这些圆形的条带是由于凝固前沿在光束振动的条件下所形成的。圆形的条带表明激光光束和材料的相互作用的边界相类似。由于光束摆动效应，在相互作用的时间间隔Δt中，激光束接触在熔化区可以接触到同熔池更多的相互作用时间。在每一旋转过程中，它就会发生部分材料熔化和产生圆形的熔化线，从而在前一选装中凝固形成外延生长的模式。在铜合金的增材制造过程中，会观察到相似的现象，但，实际上，此时的形成归因于Cu2O的存在。
2021-03-24
液体和固体的固态光学制冷可以通过一种叫做反斯托克斯荧光的过程来实现。当在适当的波长范围内进行光激发时，某些材料会发出荧光，其平均能量会超过泵浦光子能量，从而以声子的形式从材料中提取能量，因此在没有过度放热效应的情况下会冷却。主要是通过将三价稀土掺杂到经过精心选择的成分的晶体或无定形主体中而观察到的，这些成分的设计旨在减少有害的放热机理，否则该机理会掩盖ASF冷却。
通过反斯托克斯荧光机理，在高度掺杂Yb?＋的纯化YLiF4晶体中，实现了首个两位数固态制冷，温度低至91K。ASF冷却对于基于大功率光纤的激光器和放大器特别有用。通常使用外部冷却器从这些设备中散热，这些冷却器使空气或水在激光增益介质周围循环。冷却器在激光器中引起热梯度和振动，从而增加噪声，并降低激光输出光束的时间相干性和空间质量。替代方法采用基于珀尔帖效应的热电冷却器。尽管后者通常是无振动的，但它们也会不对称地冷却光纤，这会产生不希望的热梯度。ASF冷却提供了一种可避免所有这些问题的有价值的解决方案。光学冷却的光纤还可以在冷却的探测器中产生高影响力的应用，以降低热噪声，为超稳定的激光器提供冷却的参考腔，减少星载IR和X射线传感器的暗电流以及点冷却微电子器件。
图1. 记录冷却结果
▲抽水≈12分钟后，晶体温度（蓝色）达到91°K，而翻盖温度保持在≈265°K
到目前为止，已经在亚碲酸盐玻璃中对光纤中的ASF冷却进行了简短的研究，但是大多数的演示都是在氟化物主体中进行的。据报道，放置在真空中的掺Yb的ZBLANP光纤的温度变化为-65K，最近在常压下测得掺Yb的ZBLAN光纤的温度变化为-0.65K。与传统的二氧化硅相比，氟化物玻璃对浓度猝灭具有更大的抵抗力，因此可以掺入更高浓度的无猝灭稀土离子。这转化为更多的离子（热机）每单位体积提取热量，并具有更大的冷却潜力。但是，与二氧化硅相比，氟化物的实际应用受到限制。最重要的是，氟化物纤维是通过熔化粉末并铸造大块玻璃制成的，然后从中拉出纤维。这导致杂质水平比使用化学气相沉积方法制造的石英玻璃高约一个数量级。此外，氟化物玻璃更易碎，并且更难以抛光，切割和接合到其他纤维上。它们还具有较低的光损伤功率阈值，在其中写入反射光栅更具挑战性，并且它们的吸收和发射截面较弱。从技术角度来看，开发能够进行激光冷却的二氧化硅组合物至关重要。
在这项工作中评估的石英纤维被设计为具有低损耗，以减轻吸收性加热，吸收性加热与泵浦功率成线性比例。另外，由于冷却随热机数量的增加而缩放，因此光纤也被设计为具有高的Yb浓度。但是，如前所述，这可能会产生一些不利的副作用，例如增加浓度猝灭和降低非辐射寿命。因此，通过用氟和氧化铝（Al2O3）掺杂二氧化硅核，可以减轻这些影响。
图2. 用于测量掺Yb石英纤维中温度变化的实验装置。随着掺杂光纤和FBG中温度的变化，在FBG中感应的光谱偏移会被调谐到FBG共振峰之一的探测激光器询问。
下图显示出了在空气中的纤维上的示例性温度测量。泵（实心红色曲线）保持关闭状态20s，然后突然打开40s。稳态温度变化被视为前20s（通常远低于5 mK）的平均温度变化与后20s（以两个灰色区域表示）的平均温度变化之间的差。为了获得图4所示的每单位长度的温度变化与吸收的泵浦功率之间的关系，使用了一个热功率计来测量掺杂光纤输出端的泵浦功率。将输出功率与饱和功率、小信号吸收以及FBG和光纤输出之间的距离的已知值相结合，以计算温度测量位置每单位长度吸收的泵浦功率。
▲图3. 在1040 nm泵浦的掺Yb的石英光纤中记录的温度变化的时间轨迹，其中110 mW耦合在光纤纤芯中。灰色部分表示为计算稳态温度变化而平均的数据部分。
▲图4. 在三种波长的测量位置，纤维温度对单位长度吸收的泵浦功率的依赖性，以及ASF模型的拟合。
自从加州大学的Jennifer Knall和她的合作者中瑞典大学的Magnus Engholm、克莱姆森大学的John Ballato、拉瓦尔大学的Martin Bernier和Tommy Boilard以及伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的Peter Dragic和Yu Nanjie发现的第一个突破以来，研究人员发现了另外两种自冷却的石英纤维成分，而Knall使用性能最佳的候选材料来制造冷却纤维放大器。她能够将激光放大40倍以上，同时沿光纤的长度保持负的平均温度变化。尽管冷却测试证明可以在二氧化硅中进行激光冷却，但这种光纤放大器显示出在实践中也无可否认地有用。
现在，研究人员提取了大约4％的注入纤维的能量。这使得在不首先提高这种低效率的情况下不太可能将光纤用于高功率应用，但是研究人员发现在低功率应用中具有极其稳定的激光器的许多机会，例如极其精确的计量学或测量科学。
▲图5. 在三种波长的测量位置，测得的光纤1的温度变化与泵浦功率的函数关系
为了为二氧化硅中的ASF冷却设定新的基线，对性能最佳的纤维（纤维1）进行了更全面的表征。对于另外两个泵浦波长：1020 nm和1040 nm，测量了温度变化对泵浦功率的依赖性。由于这些参数被约束为在所有泵浦波长下都具有相同的值，因此包含这些附加数据可得出更合适的吸收损耗和临界猝灭浓度值。不出所料，当在1020 nm泵浦时，光纤会加热，而在1040 nm泵浦时，光纤会表现出最大的冷却效果（图3）。在1020 nm处，泵浦吸收相对较大，但泵浦与荧光光子之间的平均能量差较小，因此，由于浓度猝灭和吸收损失，所提取的能量不足以抵消加热。然而，在1040 nm处，泵浦吸收和能量差之间的权衡接近最佳值，并且在测量位置，对于80 mW的泵浦功率，光纤能够冷却至-70mK（170 mW / m吸收的泵功率）。这表示每单位长度的热量提取量是参考文献中报道的两倍。
▲研究生Jenny Knall站在自冷却纤维的实验装置旁边。电脑会显示光纤温度随时间变化的测量值-从Knall打开激光泵时开始出现下降。
Digonnet表示：“我们可以采用这项技术的程度取决于研究人员可以推动材料科学发展的程度。这还只是冰山一角。”
本文来源：Jennifer Knall et al. Laser cooling in a silica optical fiber at atmospheric pressure, Optics Letters (2020). DOI: 10.1364/OL.384658
参考文献：S. D. Melgaard, A. R. Albrecht, M. P. Hehlen, and M. Sheik-Bahae, Sci. Rep. 6, 20380 (2016).
2021-03-17
SemiNex 公司携手富泰科技推出多结半导体激光二极管，安全波长在1310 nm 到1550 nm 之间，每秒的光子数超过905nm LiDAR 系统的20 倍，检测范围是905nm的三倍，这一系列产品将推动自动驾驶汽车进入大众市场。新型SemiNex 1550nm（孔径宽度95μm）多结激光二极管可达到80W的功率，此波长下，功率超过当前激光二极管的3 倍，且目前可大批量供货。
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