定义:在一个方向传播的光束。

大多数情况下，激光器辐射的光都是激光光束。即辐射光束在一个特定方向传播，光功率集中在几个平方毫米的小区域上。

激光光束与高斯光束很接近，高斯光束光强的横剖面可由高斯方程描述，在传播方向上其宽度会发生改变。光束很宽时尺寸改变很小，而紧聚焦光束的尺寸则变化很快。

图1：高斯光束焦点附近电场分布。这里光束半径稍大于波长，光束发散角很大。

通常激光光束具有很高的空间相干性，因此光束质量很高。所以，激光光束具有很好的聚焦性能，可以形成具有很低光束发散角的准直光束。

激光光束的光学带宽通常很小，因此时间相干性也很高。很高的相干性的一个缺点就是容易形成斑纹图样。

激光光束在透明介质中传播时功率几乎不变，在吸收或散射介质中会快速衰减。非各向同性介质（介质折射率是局部变化的）也会使激光光束形状发生畸变。这可能是由于增益介质中的热透镜产生的热效应引起的。

一些激光器工作于连续模式，但是激光光束包含一系列脉冲，通常为每秒几百万甚至几十亿个脉冲（参阅脉冲重复速率）。

大多数激光光束是线偏振的，即电场在与传播方向垂直的某一个方向振荡。而有些激光器辐射的激光的偏振态是不确定的。

功率足够高的可见光激光光束在空气中传播时是可见的。因为光束在空气中传播会受到尘埃粒子以及密度涨落的散射，散射的光到达眼睛，于是光束就是可见的。当激光光束射向漫散射物体时，例如白屏，可以在屏幕上看到一个更亮的点，因为大多数的光功率都散射到了这一个点上。

近场和远场激光光束

近场激光光束是指束腰（焦点）附近的区域。而远场则是指远离束腰时的光束截面，即距焦点的距离远大于有效瑞利长度。远场强度截面能够给出光束发散角，而如果在近场需要得到光束发散角只能测量波前。由于实际中很难直接得到远场光束，需要采用聚焦透镜得到焦平面上的强度截面，从而可以得到缩小版的远场图样。

实验表征激光光束

可以采用许多装置的技术来表征激光光束：

• 可以采用功率计测量激光光束的总功率。还可以用能量计来测量脉冲激光器的脉冲能量。
• 可以采用光束质量分析仪测量强度截面（辐照剖面），该仪器需要采用照相机。一些激光光束存在“热点”，即该区域强度更高，有可能产生损伤现象。伴线结构，晕圈等其它现象会引起光束不均匀。光束强度截面的形状在传播过程中也会发生改变。
• 有些装置不是测量整个光束截面，而是仅测量光束半径或直径。光束半径的定义可以为半高半宽值，也可能是强度变为峰值强度的 1/e²时对应的半径。这在高斯光束中有讲述。
• 波前传感器，例如Shack-Hartmann类型，可以用来测量光束波前的形状。
• 光束质量（M²因子）可以由多个强度截面计算得出，或者由某一位置的强度和波前计算得出。
• 激光光束存在光束指向涨落，可以在一个合适位置监测光束中的某一点（强度分布的中心）来测量该涨落。
• 偏振态可由通过不同指向的偏振器后的透射功率得出，也可以由旋光测定法得出。

在激光器应用中，采用合适的方法进行束流诊断是非常必要的，因为遇到的许多问题都能采用这种装置检测出来。

参考文献

[1] H. Kogelnik and T. Li, “Laser beams and resonators”, Appl. Opt. 5 (10), 1550 (1966)

[2] A. E. Siegman, “Defining, measuring, and optimizing laser beam quality”, Proc. SPIE 1868, 2 (1993)

[3] A. E. Siegman, Lasers, University Science Books, Mill Valley, CA (1986)