激光加工過程首先是一個熱變化過程，激光器發出的能量聚焦于很小的靶區，并將熱量傳遞給被加工的材料，激光加工過程高度依賴于材料所能吸收的能量。加工過程的效率往往是輻照度的平方或立方的函數。因而可以斷定，工件上的焦斑總能量和能量空間分布是加工過程的成功關鍵，而且對激光束空間能量分布形狀的變形是非常敏感的。在激光焊接中，零件之間的間隙必須控制非常精準，這就需要把激光束的能量始終對準相同的靶區而不發生焦斑漂移。如果進行高速焊接，不良光束結構可以引起焊縫不良的問題。在激光切割中，光束的質量和聚焦能力對切口本身的質量非常關鍵。質量低劣的光束可以造成零件報廢或返修而增加成本。

　　1. 激光加工光束特性參數及其評價指標

　　高功率激光加工過程中，影響激光熱加工的因素很多，對于激光束，其中主要是焦點功率密度、焦斑形狀、光強分布和焦斑漂移等，這些參數不僅與激光輸出功率有關，而且更依賴于光束模式的分布和穩定性。

　　1.1激光加工光束特性參數

　　按照激光光束對激光加工的影響，可以把激光加工光束特性參數分成三類：功率特性（激光功率、功率密度、連續或脈沖）、光束特性（光束模式、光束質量、異形光束）、焦點特性（焦點大小、焦點位置、焦深）。

　　這些光束特性參數并不是獨立的，而是相互影響的。同樣功率的激光束，光束質量越好，聚焦焦點就越小，焦點的功率密度就越大。同一束激光，采用短焦距聚焦鏡，可得到較小的聚焦焦點和較大的焦點功率密度，但是造成像差大，鏡片加工困難，短聚焦也容易造聚焦鏡污染。采用長焦距聚焦鏡，可得到較大的焦斑和較長的焦深，光斑偏移對激光加工的質量影響相對較小。光束質量作為光束特性中最重要的參數之一，對光束能量分布、聚焦焦點大小、功率密度大小等重要參數有很大影響，是評價激光制造系統的關鍵參數，它不僅標志了激光制造系統的可加工能力（如圖1所示），還對激光材料加工過程產生重要的影響。

　　圖1   不同加工方式對激光制造系統的激光功率和光束質量的要求

　　1.2光束質量

　　任何旋轉對稱的激光束具有三個參數特點：光腰位置 Z0、光束束腰半徑 ω0和遠場發散角(半角)θ0。

　　圖2   激光束特征參數

　　(1) 光束質量的特征值

　　多種具有特征化的值被用于描述激光束的質量：K因子、 光束質量因子(M2)及光束參數積（BPP），這些特征值通過簡單計算能相互直接轉換。光束參數積是θ0和ω0的乘積，在整個激光傳輸區域守恒。例如，通過安裝透鏡或擴束鏡來改變光束直徑，將會影響光束的發散角。因此，光束參數積用來衡量光束聚焦能力。只有在使用像差或孔徑效應的光學系統時才會影響外光路的光束參數積。

　　圖3中給出了不同值時，激光加工所得到的蒸汽溝槽的形狀。由圖中可以清楚的看出，當值增高，即光束質量變差時，整個蒸汽溝槽的深寬比大大下降，溝槽形狀由香蕉狀（圖3a）變成喇叭狀（圖3b）。

　　圖3   不同光束質量激光焊接形成的蒸汽溝槽的形狀