激光加工過程首先是一個熱變化過程，激光器發(fā)出的能量聚焦于很小的靶區(qū)，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(shù)。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(qū)而不發(fā)生焦斑漂移。如果進行高速焊接，不良光束結(jié)構(gòu)可以引起焊縫不良的問題。在激光切割中，光束的質(zhì)量和聚焦能力對切口本身的質(zhì)量非常關鍵。質(zhì)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(shù)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(shù)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(wěn)定性。
1.1激光加工光束特性參數(shù)
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(shù)分成三類：功率特性（激光功率、功率密度、連續(xù)或脈沖）、光束特性（光束模式、光束質(zhì)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(shù)并不是獨立的，而是相互影響的。同樣功率的激光束，光束質(zhì)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(zhì)量影響相對較小。光束質(zhì)量作為光束特性中最重要的參數(shù)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(shù)有很大影響，是評價激光制造系統(tǒng)的關鍵參數(shù)，它不僅標志了激光制造系統(tǒng)的可加工能力（如圖1所示），還對激光材料加工過程產(chǎn)生重要的影響。
圖1 不同加工方式對激光制造系統(tǒng)的激光功率和光束質(zhì)量的要求
1.2光束質(zhì)量
任何旋轉(zhuǎn)對稱的激光束具有三個參數(shù)特點：光腰位置 Z0、光束束腰半徑 ω0和遠場發(fā)散角(半角)θ0。
圖2 激光束特征參數(shù)
(1) 光束質(zhì)量的特征值
多種具有特征化的值被用于描述激光束的質(zhì)量：K因子、 光束質(zhì)量因子(M2)及光束參數(shù)積（BPP），這些特征值通過簡單計算能相互直接轉(zhuǎn)換。光束參數(shù)積是θ0和ω0的乘積，在整個激光傳輸區(qū)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(fā)散角。因此，光束參數(shù)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(tǒng)時才會影響外光路的光束參數(shù)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(zhì)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(zhì)量激光焊接形成的蒸汽溝槽的形狀