在激光器的設計和生產過程中，光束質量是衡量激光光束優劣的一項重要指標。在激光發展過程中，針對不同的應用目的，曾用多種參數來評價光束質量，例如聚焦光斑尺寸、遠場發散角等等。但是由于激光束經過光學系統后，束腰尺寸和發散角均可以發生改變，減小腰斑半徑必然會使發散角增大，因此單獨使用發散角或腰斑尺寸來評價光束質量是不科學的。為了克服常用光束質量評價方法的局限性，近年來國際光學界發展出一種表征激光光束質量的參量——品質因子M2

光束質量是激光束可聚焦程度的度量。描寫激光光束品質因子的M2定義為：

式中，w 和 w0 分別為實際光東和基橫模高斯光束的束腰半徑;0和00,分別是實際光束和基橫模高斯光束的遠場發散角。從定義中可以看出M2因子是以理想高斯光束即基橫模TEM00的作為比較標準的。

基橫模高斯光束的束腰半徑和遠場發散角的表達式如下:

式中，入為光波波長，L為激光器的腔廠,不難看出，基橫模高斯光束的束腰半徑和遠場發散角的乘積為一個常量

即使采用各種光學變換方法，例如聚焦或準直來減小東腰半徑或者壓縮遠場發散角，w000也總是個常量，因此束腰半徑與遠場發散角的乘積反映了基橫模高斯光束的固有特性，這樣就避免了只用光斑尺寸或只用發散角作為光束品質判據所帶來的不確定性，作為比較的標準，基橫模高斯光束的M2=1。也就是說，基橫模高斯光束有最好的光束品質。

由厄密-高斯函數表征的高階高斯光束用TEMmn來表示，其中，m和n分別表示場在x和y方向的節線數，不同 m 和n的模具有不同的橫向場分布，稱為橫模，當m=0且n=0時，對應TEM00如模式，稱為基橫模。高階厄密-高斯光束在x和y方向上的M2分別為:

顯然，高階厄密-高斯光束的M2大于基橫模的M2。并且隨著模階數 m 或n的增加，其光腰半徑及發散角與基橫模高斯光束相比偏差越來越大，光腰半徑與遠場發散角之積越大，光東質量也就越差。

由拉蓋爾-高斯函數表征的高階高斯光東也用TEMmn來表示，m 表示光束沿徑向的節線圓的數目n 表示光束沿福角方向的節線數目，其品質因子M2=m+2n+1

同樣，隨著模階數 m或n的增加，其光腰半徑及發散角與基模高斯光束相比偏差越來越大光腰半徑與遠場發散角之積越大，光束質量也就越差。

審核編輯 黃宇