什么是激光扩散（光束发散）？

2026.03.16

激光通常具有良好的方向性，但传播距离增加时，光束直径仍会逐渐变大。这种现象称为光束发散。发散由衍射、光束质量、光学系统的焦点位置及像差共同决定。

为什么激光会发散

有限尺寸的光束必然产生衍射，因此不存在在无限距离内直径完全不变的光束。理想高斯光束在束腰处最细，离开束腰后逐渐扩展。

远场发散角与波长成正比、与束腰半径成反比。束腰越小，之后的扩散越大；希望减小发散角时，需要扩大束腰或使用扩束镜。

瑞利长度表示从束腰到光束截面积约增大为两倍的位置，是判断近场和远场的重要尺度。

M²表示实际光束相对于理想基模高斯光束的质量。M²越接近1，越容易聚焦并保持较小发散角；多模激光或存在像差的光束通常具有更大的M²。

可使用准直透镜、扩束镜或空间滤波器调整光束。扩束镜通过增大光束直径来减小远场发散角，但需要注意透镜偏心、倾斜、反射损耗和耐光功率。

在多个传播距离处测量光束直径，并根据直径变化计算发散角。测量时应明确采用1/e²、FWHM或其他光束宽度定义，并避免探测器饱和和背景光影响。

在激光加工中，发散会影响焦点尺寸和加工范围；在自由空间通信和测距中，发散决定接收端光斑与链路损耗；在光学测量中，发散和波前曲率会影响角度及位置精度。

激光发散是衍射决定的基本现象，不能完全消除，但可通过光束直径、束腰位置、光束质量和光学元件进行控制。设计和测量时，应同时考虑波长、M²、传播距离和光束宽度的定义。