激光束由于两种现象而发散：波前误差和衍射。波前误差是由透镜和反射镜的缺陷以及光学材料的不等温条件引起的(通常光束中心对介质和透镜和反射镜的加热大于光束的外半径——这会导致折射率梯度以及反射镜的热弯曲——结果称为“热透镜效应”。)如果光束在大气中传播，也会发生波前误差。衍射是由光的波动性质引起的，是无法通过更好的设计来改善的。唯一有帮助的是做一个大孔径并更均匀地填充它。
孔径填充和波前误差的组合通常包含在称为“光束质量”的术语中。这个术语使用了很多年，但没有明确的定义。概念上，它表示发散比衍射极限大多少。例如，光束质量为 2 表示激光束的发散角是衍射极限的两倍。
光束质量的实际限制约为 1.1。几乎没有光束质量低于 1.1 的真正激光器。
衍射极限发散角由下式给出
，λ是激光束的波长，D 是激光器的出瞳直径，假设它是圆对称的。
所以可以使 D 有多大才能使散度最小。天基激光器的望远镜直径为 4 米。假设波长为 1 微米，则全发散角为 671 纳弧度(0.138 角秒)。现在那是空间的下限。
在地面上，有大气需要处理。假设直接射向太空。除非有自适应光学器件来校正湍流，否则最小发散将约为 6-8 微弧度(1.5 角秒)(无论使用的光束质量有多小或瞳孔(孔径)直径有多大。当然，如果使用小瞳孔或大光束质量，发散会变得更糟。
如果从侧面发射激光，湍流会使光束传播得更快。然后就看想把激光横着射多远，大气条件好不好。但是由于大气处于相对良好的“视觉”条件下，可以传播十几英里左右而不会超过 10 微弧度的发散。任何你能在视线中看到“热浪”涟漪的地方，比如在沙漠上空，散度都会高得多。
作为参考，典型的激光指示器的发散角为 1 至 2 毫弧度(约 5 弧分)。
