高斯光束作為傍軸亥姆霍茲方程的一個(gè)解，具有獨(dú)特的光強(qiáng)分布和傳播特性。其功率主要集中在以光軸為中心的圓柱體內(nèi)，在任何橫向平面上，光強(qiáng)分布都呈現(xiàn)圓對(duì)稱的高斯函數(shù)形式，在束腰處光束寬度達(dá)到最小值。

    高斯光束的復(fù)振幅表達(dá)式包含了A?和z?兩個(gè)互相獨(dú)立的參數(shù)，其中A?為常數(shù)，z?是瑞利長(zhǎng)度，二者均可依據(jù)邊界條件確定。此外，高斯光束還有四個(gè)重要參數(shù)，即光束半徑、曲率半徑、相位和束腰半徑，這些參數(shù)均可通過瑞利長(zhǎng)度z?和波長(zhǎng)λ來確定。

    光強(qiáng)是軸向位置z和徑向位置ρ的函數(shù)，對(duì)于任意z值，光強(qiáng)始終是ρ的高斯函數(shù)，其在軸上（ρ=0）取得最大值，隨著ρ增大而減小。例如，在z=0、z=z?和z=2z?這三個(gè)軸向位置上，歸一化光強(qiáng)隨徑向距離的變化情況有所不同，光束尺寸會(huì)隨著軸向距離的增大而增大。軸上光強(qiáng)在z=0時(shí)達(dá)到最大值I?，隨著z增大逐漸減小，在±z?處減為最大值的一半。當(dāng)z遠(yuǎn)大于z?時(shí)，軸上光強(qiáng)大致和z²成反比。在評(píng)估激光是否可能損傷光學(xué)元件時(shí)，需將高斯光強(qiáng)乘以2后計(jì)算最大線性功率密度（W/cm），并與光學(xué)元件的損傷閾值對(duì)比，確保實(shí)際值小于閾值。

    光束功率是光強(qiáng)在任意橫向平面上的積分，與軸向位置無(wú)關(guān)?？筛鶕?jù)測(cè)量的光束功率，將光強(qiáng)改寫成P的函數(shù)。對(duì)于給定的z值，半徑為ρ?的圓內(nèi)包含的功率與總功率之比存在一定關(guān)系，當(dāng)ρ?=W(z)時(shí)，圓內(nèi)功率占比約86%；當(dāng)ρ?=1.5W(z)時(shí)，圓內(nèi)功率占比約99%。所以，在實(shí)際應(yīng)用中，光束直徑應(yīng)遠(yuǎn)小于光學(xué)元件的通光孔徑，通常將光束直徑限制在反射鏡直徑的三分之一以內(nèi)。

    光束半徑在任意橫向平面內(nèi)，光束強(qiáng)度在光軸上取得最大值，在ρ=W(z)時(shí)降為最大值的1/e²，以W(z)為半徑的圓內(nèi)包含了總功率的86%，故被稱為光束半徑或?qū)挾?。?dāng)z=0時(shí)，光束半徑取得最小值W?，該位置即為束腰，W?是束腰半徑。光束半徑隨軸向距離z的增大而增大，在瑞利距離處增大為束腰半徑的√2倍。

    當(dāng)z遠(yuǎn)大于z?時(shí)，光束半徑和z近似成正比，光束會(huì)在半角為θ?的圓錐內(nèi)發(fā)散，這個(gè)角度稱為半發(fā)散角，它與波長(zhǎng)成正比，與束腰半徑成反比。因此，波長(zhǎng)較短且束腰較大的光束具有更好的方向性。

    焦深是指光束半徑不超過束腰半徑√2倍的軸向距離范圍，在此范圍內(nèi)光束面積不超過束腰面積的2倍，焦深是瑞利距離的兩倍。焦深與束腰面積成正比，與波長(zhǎng)成反比，只有短波長(zhǎng)才可能同時(shí)具備小束腰和長(zhǎng)焦深。比如，波長(zhǎng)633nm的氦氖激光器，束腰半徑為10mm時(shí)，焦深約1000m；而束腰半徑減小到10μm時(shí)，焦深僅1mm。

    高斯光束的相位由復(fù)振幅決定，當(dāng)ρ=0時(shí)，相位包含平面波相位和古依相位（ζ）。古依相位是軸上位置的波前相對(duì)于平面波的超額延遲，其范圍從-π/2到+π/2，光波從負(fù)無(wú)窮遠(yuǎn)傳播到正無(wú)窮遠(yuǎn)時(shí)，累積的總延遲等于π，且古依相位的變化在焦深范圍內(nèi)較為明顯，遠(yuǎn)離瑞利范圍的區(qū)域則變化較小。

    波前測(cè)量方面，高斯光束相位表達(dá)式中的第三項(xiàng)是導(dǎo)致波前彎曲的原因，表示給定橫向平面內(nèi)離軸點(diǎn)相對(duì)于軸上點(diǎn)的相位偏差。在軸上z點(diǎn)處，高斯光束的波前曲率半徑R，當(dāng)z=0時(shí)，R為無(wú)窮大，波前是平面的；當(dāng)z=z?時(shí)，曲率半徑降至最小值2z?，隨后隨z增大而逐漸增大；當(dāng)z遠(yuǎn)大于z?時(shí)，曲率半徑約等于z，波前近似為球面，負(fù)方向波前變化趨勢(shì)相同，方向相反。