Nella fisica del laser, la qualità del raggio si riferisce a quanto bene un raggio laser rimane focalizzato. Maggiore è la qualità, minore è la divergenza nel raggio. La qualità del raggio può essere influenzata da una serie di fattori, come il tipo e la qualità dei componenti del laser, il tipo di mezzo di guadagno laser utilizzato, il metodo di pompaggio ottico utilizzato, il livello di potenza e le sollecitazioni meccaniche e termiche sul laser.
Esiste un compromesso tra la qualità del raggio e la potenza del raggio. Quando l’energia viene pompata nel mezzo di guadagno del laser, che il laser utilizza per amplificare la luce, parte dell’energia si converte in calore. Il calore in eccesso può provocare gradienti di temperatura nel mezzo che producono un effetto di lente termica, riducendo la qualità del raggio. Ciò rende importante il tipo di mezzo di guadagno utilizzato.
I laser a gas tendono ad essere meno vulnerabili alle lenti termiche a causa della minore densità dei loro supporti e i laser ad anidride carbonica possono mantenere un’elevata qualità del raggio a livelli di potenza molto elevati. Tra i laser a stato solido, le qualità di raggio più elevate sono prodotte da laser a fibra monomodale e laser a disco sottile. I laser in fibra utilizzano vetro di biossido di silicio drogato con ioni di terre rare come itterbio o neodimio come mezzo di guadagno e i laser a disco sottile utilizzano cristalli di granato di ittrio e alluminio drogati con ioni di itterbio trivalente. Questi laser possono mantenere una qualità del raggio molto elevata anche a livelli di potenza di diversi kilowatt. A livelli di potenza inferiori, laser a gas elio-neon e laser a semiconduttore a emissione di superficie possono produrre una qualità del raggio estremamente elevata.
Anche altri componenti del design del laser sono importanti per la qualità del raggio, come le dimensioni e la configurazione del risonatore ottico del laser. I progetti che iniettano luce nel mezzo di guadagno lungo il percorso del raggio laser, una tecnica chiamata pompaggio finale, producono una qualità del raggio superiore rispetto ai laser a pompaggio laterale. I pulitori di modalità possono essere utilizzati per migliorare la qualità del raggio facendo passare il raggio attraverso una fibra monomodale o utilizzando una lente per focalizzare un raggio non collimato attraverso un foro stenopeico e in una seconda lente che ricollima il raggio.
La qualità del raggio è anche influenzata dalle condizioni dei componenti del laser. I laser a stato solido possono subire una qualità ridotta se ci sono difetti nella superficie del suo mezzo, che possono causare distorsioni del fronte d’onda e dispersione. La qualità è danneggiata anche da componenti disallineati, che possono essere causati da sollecitazioni meccaniche, variazioni di temperatura nell’ambiente del laser o dilatazioni termiche dovute al calore stesso del laser. Anche i difetti delle lenti possono influire sulla qualità.