En physique laser, la qualité du faisceau fait référence à la qualité de la focalisation d’un faisceau laser. Plus la qualité est élevée, moins il y a de divergence dans le faisceau. La qualité du faisceau peut être affectée par un certain nombre de facteurs, tels que le type et la qualité des composants du laser, le type de milieu de gain laser utilisé, la méthode de pompage optique utilisée, le niveau de puissance et les contraintes mécaniques et thermiques sur le laser.
Il y a un compromis entre la qualité du faisceau et la puissance du faisceau. Lorsque l’énergie est pompée dans le milieu de gain du laser, que le laser utilise pour amplifier la lumière, une partie de l’énergie se transforme en chaleur. Un excès de chaleur peut entraîner des gradients de température dans le milieu qui produisent un effet de lentille thermique, réduisant la qualité du faisceau. Cela rend le type de médium de gain utilisé important.
Les lasers à gaz ont tendance à être moins vulnérables aux lentilles thermiques en raison de la densité plus faible de leur support, et les lasers au dioxyde de carbone peuvent maintenir une qualité de faisceau élevée à des niveaux de puissance très élevés. Parmi les lasers à solide, les qualités de faisceau les plus élevées sont produites par les lasers à fibre monomode et les lasers à disque mince. Les lasers à fibre utilisent du verre au dioxyde de silicium dopé avec des ions de terres rares tels que l’ytterbium ou le néodyme comme milieu de gain, et les lasers à disque mince utilisent des cristaux de grenat d’aluminium et d’yttrium dopés avec des ions ytterbium trivalents. Ces lasers peuvent maintenir une qualité de faisceau très élevée même à des niveaux de puissance de plusieurs kilowatts. À des niveaux de puissance inférieurs, une qualité de faisceau extrêmement élevée peut être produite par des lasers à gaz hélium-néon et des lasers à semi-conducteurs à émission de surface.
D’autres composants de la conception du laser sont également importants pour la qualité du faisceau, tels que la taille et la configuration du résonateur optique du laser. Les conceptions qui injectent de la lumière dans le milieu de gain le long du trajet du faisceau laser, une technique appelée pompage final, produisent une qualité de faisceau supérieure à celle des lasers à pompage latéral. Les nettoyeurs de mode peuvent être utilisés pour améliorer la qualité du faisceau soit en faisant passer le faisceau à travers une fibre monomode, soit en utilisant une lentille pour focaliser un faisceau non collimaté à travers un trou d’épingle et dans une seconde lentille qui recollima le faisceau.
La qualité du faisceau est également affectée par l’état des composants du laser. Les lasers à semi-conducteurs peuvent souffrir d’une qualité réduite s’il y a des défauts à la surface de leur support, ce qui peut provoquer des distorsions du front d’onde et une diffusion. La qualité est également compromise par des composants mal alignés, qui peuvent être causés par des contraintes mécaniques, des changements de température dans l’environnement du laser ou une dilatation thermique due à la propre chaleur du laser. Les défauts de l’objectif peuvent également affecter la qualité.