激光光束质量M2因子的动态测量对激光器的设计、制造与应用均具有重要意义。本文提出了一种基于远场同轴全息的光纤激光器光束质量M2因子动态测量方法。通过偏振移相同轴全息技术直接获取待测激光的远场复振幅信息，利用角谱传输及透镜变换理论求解激光在自由空间中的光场强度分布，从而实现M2因子的动态测量。实验搭建了远场同轴全息装置，测量了不同纤芯直径光纤在632.8 nm 波长下的激光光束质量，其结果与BEAM SQUARED商用光束质量仪的测量结果一致。本文所提方法仅需0.02 s即可实现光纤激光的M2因子测量，比商用光束质量仪的测量速度提高了两个数量级以上。此外，本装置结构紧凑，能够避免透镜引入的装调及加工误差。

为了研究飞秒激光光束质量因子M2基于高斯光束的传播特性和能量密度分布, 在对飞秒激光光束质量因子进行理论研究的基础上,进行了相应的数据计算, 给出了飞秒激光脉冲照射屏幕表面时所形成的环形光斑宽度的测量方法, 设计了一套由飞秒激光器、透镜、介电材料玻璃屏幕所组成的实验平台;将该方法与刀口法和CCD法测量值进行了对照,并用刀口法、CCD法确认了飞秒激光束腰在不同位置时的激光光束质量因子取值范围。结果表明, 光束质量因子M2在x和y方向上的测量值分别为2.04,1.24。该实验结果与理论分析基本一致, 比刀口法和CCD法结构简单, 所得结论数据可靠、执行方便, 对精密测量有一定的参考价值。

通过分析光束远场发散角的二阶矩定义的局限性,讨论普遍情形下远场发散角的定义方法,提出并举例论证了“M2因子本质上是光束准直性的量度,在介质中传输的光束当非线性效应不可忽略时其光束质量M2因子不受M2≥1判据限制”的观点,重申了M2≥1与量子力学测不准原理在物理内容上的无关性。

用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分和统计光学方法对有振幅调制和位相畸变光束的聚焦特性作了详细研究,并对有位相畸变光束的光束质量M2因子作了分析。

在研究了激光光束质量因子M2理论及测量技术[1]基础上，作者提出一种新的用干涉测量光束质量因子M2的理论、技术与方法。文中概述了该技术的理论基础、实验结果及误差分析。结果表明，该方法具有精度高，适用性强，测量简便等优点，有可能进一步仪器化并推广应用。