定义
衡量激光束远离其焦点的速度。
激光束的光束发散角（或更准确地说是光束发散角）是衡量光束远离光束腰部（即在所谓的远场中）扩展的速度的量度。 请注意，对于沿其路径的某个位置，它不是梁的局部属性，而是整个梁的属性。 （原则上，人们可以根据光束半径的空间导数来定义局部光束发散，但这并不常见。
图1：高斯激光束的半角发散通过光束半径（蓝色）沿光束方向的渐近变化来定义。但是请注意，图中的发散角看起来比实际大得多，因为 x 轴和 y 轴的缩放比例不同。
低光束发散对于指向或自由空间光通信等应用可能很重要。 发散非常小的光束，即在显着传播距离上具有近似恒定光束半径的光束称为准直光束；它们可以由带有光束准直器的强发散光束产生。
由于波的一般性质，一定程度的发散是不可避免的（假设光在均匀介质中传播，而不是在波导中传播）。 对于紧密聚焦的光束，该量更大。 如果光束的光束发散度比物理上可能大得多，则称其光束质量较差。 在定量定义背离的含义后，下面给出了更多详细信息。
光束发散的定量定义
文献中使用了不同的定量定义：
- 根据最常见的定义，光束发散是光束半径相对于远场中轴向位置的导数，即与光束腰部的距离远大于瑞利长度。 该定义产生发散半角（以弧度为单位），并进一步取决于光束半径的定义。 对于高斯光束，光束半径通常通过 1/e2 的点定义乘以最大强度。 对于非高斯轮廓，可以使用积分公式，如光束半径一文中所述。
- 有时，使用全角度代替，导致两倍的高值。
- 与使用1/e2倍最大强度的方向不同，对于高斯光束半径，可以使用半最大发散角(FWHM)的全宽度。这很常见，例如在激光二极管和发光二极管的数据表中。对于高斯光束，这种全光束发散角是通过高斯光束半径(1/e2半径)定义的半角发散角的1.18倍。
例如，可以为小型边缘发射半导体激光管的快速轴指定 30° 的 FWHM 光束发散角。 这相当于 25.4° = 0.44 rad 1/e2半角发散，很明显，为了准直这样的光束而不截断它，需要一个具有相当高数值孔径的透镜，例如0.6。 高度发散（或会聚）光束还需要精心设计的光学元件，以避免球面像差导致光束质量下降。
高斯光束发散和光束质量差的光束
对于衍射极限高斯光束，1/e2光束发散半角为λ / （π w0)，其中 λ 是波长（在介质中）和w0梁腰部的梁半径。 该方程基于近轴近似，因此仅适用于具有中等强发散性的梁。 还表明梁腰半径的乘积w0发散角θ（称为光束参数积）不会被任何没有光学像差的光学系统改变，从而将一个高斯光束转换为另一个具有不同参数的高斯光束。
给定光束半径的较高光束发散度（即较高的光束参数乘积）与较差的光束质量有关，这实质上意味着将光束聚焦到非常小的点的可能性较低。 如果光束质量具有一定的特征M2因素，背离半角为
例如，来自Nd：YAG激光器的1064-nm光束具有完美的光束质量（M2= 1），焦点中光束半径为 1 mm 的半角发散度仅为 0.34 mrad = 0.019°。
空间傅里叶变换
为了获得光束的远场轮廓，可以将二维横向空间傅里叶变换应用于激光束的复杂电场（→傅里叶光学器件）。 实际上，这意味着光束被视为平面波的叠加，傅里叶变换表示所有平面波分量的振幅和相位。 对于在自由空间中的传播，只有相位值发生变化；因此，很容易计算在自由空间中的长距离传播，或者在均匀的光学介质中计算。
空间傅里叶变换的宽度（例如测量为均方根 （r.m.s.） 宽度）可能与光束发散直接相关。 这意味着光束发散（实际上是完整的光束传播）可以根据光束在沿光束轴的任何一个位置的横向复振幅分布来计算，假设光束在光学均匀介质中传播（例如在空气中）。
光束发散测量
对于光束发散的测量，通常使用光束轮廓仪测量光束焦散，即不同位置的光束半径。
如上所述，也可以从单个平面中光束的复振幅分布得出光束发散。 例如，可以使用Shack-Hartmann波前传感器获得此类数据。
也可以简单地在远离梁腰的位置测量光束强度分布，其中光束半径远大于其在梁腰部的值。 然后，光束发散角可以通过测量的光束半径除以与光束腰部的距离来近似。
