(2024 年 6 月 28 日，美国康涅狄格州米德尔菲尔德）作为世界领先的光学元件和光学组件创新企业，Zygo - AMETEK 公司（纽约证券交易所代码：AME）的业务部门 - 优先采用一流的技术来管理和认证光学表面的质量。因此，该公司使用功率谱密度 (PSD) 概念来指定多种类型的光学器件，并已证明它是高能激光 (HEL) 光学器件等极端应用领域的重要指标。这是因为它有助于以传统方法无法捕捉的详细方式了解和管理光学表面的质量。
Zygo 光学产品全国销售经理 Kevin Quist 说："想象一下，你正在检查高能激光系统中使用的镜子或透镜的表面。这个表面肉眼看起来可能很光滑，但在微观层面上，它可能存在各种微小的瑕疵或粗糙度。这些瑕疵可能会散射光线，这在对激光光束的精确控制至关重要的应用中可能会造成损害"。
典型的光学指标，如峰谷值（PV）、均方根（RMS）粗糙度、功率和不规则度，被广泛用于描述光学表面的整体光滑度和 “形状”。这些指标在一般商业应用中非常有效，PV 或 PVr 表示表面最高点和最低点之间的最大高度差，RMS 提供表面偏差的统计平均值，而不规则度则测量与最佳拟合球面的偏差。然而，这些测量方法只能提供一个有限的视角--它们只提供了一个概括性的视角，而无法详细了解不同大小的表面特征是如何对整个表面纹理产生影响的。表面形状误差导致的某些像差会影响光束的能量分布，这在 HEL 应用中尤为重要。
另一方面，PSD（通过将表面形貌数据从空间域转换到频域来分析光学元件的表面特征）通过将表面纹理分解为其组成的空间频率，提供了更为详细的分析。
Quist 继续说："PSD 可以量化特定空间波段的均方根值，这对于高能激光器等高精度应用至关重要，因为系统的效率是能源需求的关键驱动因素，因此也是成本的关键驱动因素。与 PV 或 RMS 等传统指标不同，PSD 允许识别和控制特定类型的表面缺陷，这些缺陷会严重影响激光光束的传播和质量，从而为预测和提高先进应用中的光学性能提供了一个更强大的框架。
通过使用 PSD，光学工程师可以明确光学元件表面的光滑或粗糙程度，以便在高能激光系统中发挥最佳性能。这一点非常重要，因为高能激光需要非常精确地聚焦非常强烈的光束。即使是少量的散射光也会导致效率低下、性能降低，甚至损坏光学系统的其他部件。PSD 使工程师能够通过控制表面缺陷的类型来了解和限制这种散射。
此外，将 PSD 用作规范工具，Zygo 还能确保生产的每个光学元件都符合相同的高标准。这种一致性是高性能系统的关键，也有助于排除故障或改进生产工艺。PSD 提供了一种量化方法来评估改进情况，并指导抛光和镀膜等后制造工艺，以实现预期结果。
Quist 总结说："在 Zygo，在指定光学器件时，我们认为 PSD 就像一张详细的地图，不仅能显示光学表面的山脉和山谷，还能显示地形的细节。这种地图可以更好地设计、制造和应用高能激光光学器件，确保这些系统在最终应用中既高效又有效。