激光光束質(zhì)量是激光器的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)，是從質(zhì)的方面來評(píng)價(jià)激光的特性。但是，較長(zhǎng)時(shí)期以來，對(duì)光束質(zhì)量一直沒有確切的定義，也未建立標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量方法，對(duì)科研和應(yīng)用都帶來了不便。1988年，A.E.Siegman引入了一個(gè)無量綱的量-光束質(zhì)量因子參數(shù)，較科學(xué)合理地描述了激光光束質(zhì)量，并被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織1991年的ISO/TC172/SC9/WG1標(biāo)準(zhǔn)草案采納，激光光束質(zhì)量因子的研究和測(cè)量也成為近幾年研究的熱點(diǎn)。

常用來評(píng)價(jià)光束質(zhì)量的方法有:

原衍射極限倍數(shù)因子、斯特列爾比、環(huán)圍能量比、M2因子或其倒數(shù)K因子(光束傳輸因子),各種光束質(zhì)量的定義對(duì)應(yīng)于不同的應(yīng)用目的,所反映光束質(zhì)量的側(cè)重點(diǎn)也不同。光束質(zhì)量的好壞,應(yīng)視具體的應(yīng)用目的作出評(píng)價(jià)。

光束質(zhì)量是從質(zhì)的方面來評(píng)價(jià)激光的特性,對(duì)激光器設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)、應(yīng)用等有重要作用。探討如何完善光束質(zhì)量因子的普適性,分析影響光束質(zhì)量的因素,并進(jìn)行控制,具有重要意義。

對(duì)于分析遠(yuǎn)程激光測(cè)距和激光測(cè)高的精度來說，測(cè)距光束質(zhì)量檢測(cè)是其中重要的環(huán)節(jié)，特別是光束的能量分布狀況以及發(fā)散角和束寬的大小，對(duì)測(cè)距回波的影響較明顯，而激光光束質(zhì)量因子比較能反映測(cè)距激光的質(zhì)量，提高測(cè)量的精度。

M因子激光光束質(zhì)量M2因子被國際光學(xué)界所公認(rèn)并由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)予以推薦。M2因子克服了常用光束質(zhì)量評(píng)價(jià)方法的局限,用M2因子作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)激光器系統(tǒng)進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控及輔助設(shè)計(jì)等具有十分重要的意義。M2因子評(píng)價(jià)方法常用于低功率激光器產(chǎn)生光束截面上光強(qiáng)分布為連續(xù)的激光光束。由于采用光束的二階矩定義束寬,對(duì)測(cè)量?jī)x器要求較高。

目前在固體激光器和光纖激光器上，對(duì)于激光光束質(zhì)量因子的檢測(cè)需求相對(duì)比較大。

一般來說，光束質(zhì)量會(huì)影響到激光的聚焦效果以及遠(yuǎn)場(chǎng)的光斑分布情況，是用來表征激光光束質(zhì)量的參數(shù)，實(shí)際激光光束質(zhì)量因子越接近1，說明光束質(zhì)量越接近理想光束，它的光束質(zhì)量就越好。

光束整形器一般要求高質(zhì)量的激光，M2需要小于1.5。

光束參數(shù)積（BPP）的定義是激光束的遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角與光束最窄點(diǎn)半徑的乘積，即BPP=θw，它可以量化激光束的質(zhì)量以及將激光束聚焦到小點(diǎn)的程度。

光束參數(shù)積即BPP值越低，光束的質(zhì)量就越好。

BPP值與M2值的關(guān)系是：M2值是BPP值的歸一化值，針對(duì)具有特定波長(zhǎng)的衍射極限光束進(jìn)行歸一化，即M2=BPP/BPP0，其中BPP0是特定波長(zhǎng)的衍射極限光束的值，且BPP0=λ/π。

激光光束質(zhì)量因子測(cè)試項(xiàng)目中可能會(huì)用到下面這些儀器：

M2測(cè)量系統(tǒng)：這類儀器通常包括激光束分析儀、光束準(zhǔn)直和擴(kuò)展單元、位置敏感探測(cè)器（如CCD相機(jī)）、數(shù)據(jù)采集和分析軟件等。

光束輪廓分析儀：用于測(cè)量激光光束的強(qiáng)度分布，結(jié)合其他光學(xué)組件和計(jì)算方法，可以間接推算出M2值。

遠(yuǎn)場(chǎng)和近場(chǎng)測(cè)量裝置：通過測(cè)量激光光束在遠(yuǎn)場(chǎng)和近場(chǎng)的分布，來計(jì)算M2值。這通常需要使用透鏡組來轉(zhuǎn)換光束并測(cè)量不同位置的光斑尺寸。

在進(jìn)行測(cè)試之前我們要進(jìn)行一些準(zhǔn)備工作。

激光光束質(zhì)量因子測(cè)試流程：

校準(zhǔn)和設(shè)置：首先，對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)，確保所有設(shè)備正確安裝和對(duì)齊。

近場(chǎng)測(cè)量：測(cè)量激光光束在緊靠激光輸出口（近場(chǎng)）的強(qiáng)度分布。

遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量：通過透鏡或光闌將光束聚焦或擴(kuò)展到遠(yuǎn)場(chǎng)，測(cè)量其發(fā)散角和光斑尺寸。

數(shù)據(jù)處理：根據(jù)近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量的數(shù)據(jù)，通過特定公式計(jì)算出光束的腰斑直徑、發(fā)散角和M2值。

我司目前在激光光束質(zhì)量因子檢測(cè)方面主要使用的標(biāo)準(zhǔn)是：

GB/T 26599.1和ISO 11146 -1標(biāo)準(zhǔn)。

GB/T 26599.1-2011是中國的一項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)，全名為《激光和激光相關(guān)設(shè)備 激光光束寬度、發(fā)散角和光束傳輸比的試驗(yàn)方法 第1部分：無像散和簡(jiǎn)單像散光束》。該標(biāo)準(zhǔn)是基于國際標(biāo)準(zhǔn)ISO11146-1：2005制定的，旨在為激光和激光相關(guān)設(shè)備的性能評(píng)估提供統(tǒng)一的測(cè)試方法，特別是針對(duì)激光光束的寬度、發(fā)散角以及光束傳輸比這三個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。

GB/T 26599.1主要規(guī)定了下面這些內(nèi)容：

定義了測(cè)試激光光束寬度、發(fā)散角和光束傳輸比（即M2因子）的方法，這些都是衡量激光光束質(zhì)量的重要指標(biāo)。

規(guī)定了適用于無像散（即光束在傳播過程中不產(chǎn)生焦點(diǎn)偏移）和簡(jiǎn)單像散（即光束僅在一個(gè)方向上產(chǎn)生焦點(diǎn)偏移）光束的測(cè)試程序。

描述了所需實(shí)驗(yàn)設(shè)備的配置、測(cè)量步驟以及數(shù)據(jù)處理方法，確保不同實(shí)驗(yàn)室之間測(cè)試結(jié)果的一致性和可比性。

提供了如何通過測(cè)量數(shù)據(jù)來計(jì)算激光光束的特性參數(shù)，從而幫助制造商和用戶評(píng)價(jià)激光器的性能，確保其滿足設(shè)計(jì)要求或特定應(yīng)用的需求。

如果您有激光器光束質(zhì)量因子檢測(cè)需求，或是激光器整體性能檢測(cè)需求，歡迎來電咨詢。