激光束由于兩種現(xiàn)象而發(fā)散：波前誤差和衍射。波前誤差是由透鏡和反射鏡的缺陷以及光學(xué)材料的不等溫條件引起的(通常光束中心對介質(zhì)和透鏡和反射鏡的加熱大于光束的外半徑——這會導(dǎo)致折射率梯度以及反射鏡的熱彎曲——結(jié)果稱為“熱透鏡效應(yīng)”。)如果光束在大氣中傳播，也會發(fā)生波前誤差。衍射是由光的波動性質(zhì)引起的，是無法通過更好的設(shè)計來改善的。唯一有幫助的是做一個大孔徑并更均勻地填充它。

　　孔徑填充和波前誤差的組合通常包含在稱為“光束質(zhì)量”的術(shù)語中。這個術(shù)語使用了很多年，但沒有明確的定義。概念上，它表示發(fā)散比衍射極限大多少。例如，光束質(zhì)量為 2 表示激光束的發(fā)散角是衍射極限的兩倍。

　　光束質(zhì)量的實(shí)際限制約為 1.1。幾乎沒有光束質(zhì)量低于 1.1 的真正激光器。

　　衍射極限發(fā)散角由下式給出，λ是激光束的波長，D 是激光器的出瞳直徑，假設(shè)它是圓對稱的。

　　所以可以使 D 有多大才能使散度最小。天基激光器的望遠(yuǎn)鏡直徑為 4 米。假設(shè)波長為 1 微米，則全發(fā)散角為 671 納弧度(0.138 角秒)?，F(xiàn)在那是空間的下限。

　　在地面上，有大氣需要處理。假設(shè)直接射向太空。除非有自適應(yīng)光學(xué)器件來校正湍流，否則最小發(fā)散將約為 6-8 微弧度(1.5 角秒)(無論使用的光束質(zhì)量有多小或瞳孔(孔徑)直徑有多大。當(dāng)然，如果使用小瞳孔或大光束質(zhì)量，發(fā)散會變得更糟。

　　如果從側(cè)面發(fā)射激光，湍流會使光束傳播得更快。然后就看想把激光橫著射多遠(yuǎn)，大氣條件好不好。但是由于大氣處于相對良好的“視覺”條件下，可以傳播十幾英里左右而不會超過 10 微弧度的發(fā)散。任何你能在視線中看到“熱浪”漣漪的地方，比如在沙漠上空，散度都會高得多。

　　作為參考，典型的激光指示器的發(fā)散角為 1 至 2 毫弧度(約 5 弧分)。