在光学，尤其是激光物理学中，激光束通常以高斯光束的形式出现。高斯光束的定义涉及强度和相位分布，如下所述：
一、强度分布
具有光功率的光束光强的横向分布P可以用高斯函数来描述：
这里，光束半径(ω)z是强度下降到最大值的1/e 2 (≈ 13.5%)时距光束轴的距离。如果光束击中半径为ω ≈ 86.5% 的光功率可以通过孔径。对于 1.5 的孔径半径ω或 2ω 该分数分别增加到 98.9% 和 99.97%。
强度分布的半峰全宽 (FWHM) 约为高斯光束半径的 1.18 倍(ω)z
请注意，方程中分母中的因子 1 / 2 不幸的是经常被遗忘，因此光束的轴上强度被低估了因子 2。例如，光学元件的测量损伤阈值的引用数字是经常受到该问题的影响;在有或没有提到的因素的情况下，可能已经计算了以光功率表示的损伤阈值处的峰值强度，因此读者仍然存在大量的定量不确定性。
二、相位剖面
除了强度分布的高斯形状外，高斯光束还具有横向相位分布，可以用最多二阶的多项式来描述：
1、一个方向上的线性相位变化(此处未进一步考虑)描述了倾斜(波束方向的变化)。
2、二次相位变化与光波前的曲率相关。它与光束的发散或会聚有关。如果没有二次相位变化，一个在光束的焦点位置。尽管如此，光束还是会发散，因为波前在进一步传播过程中会弯曲。
请注意，还有具有高斯强度分布但相位模式复杂的多模光束，这些不称为高斯光束。
三、极化
没有关于高斯光束的偏振的要求，即它可以例如是线性的、圆形的、椭圆形的、径向的、方位角的，或者根本没有偏振。在许多情况下，使用忽略偏振的高斯光束的标量描述。
四、高斯光束的传播
在近轴近似中，在自由空间中传播的高斯光束保持高斯分布。高斯光束通常(也在本文中)在光束发散度相对较小(即束腰半径足够大)的情况下考虑，因此可以应用所谓的近轴近似。该近似允许省略传播方程中的二阶导数项(从麦克斯韦方程导出)，从而得到一阶微分方程。在近轴近似中，在自由空间(或均匀介质)中传播的高斯光束仍然是高斯光束，当然它的参数会发生变化。对于单色光束，在
和方向与波长 λ升，复电场振幅(相量)为
与峰值振幅|Eo|和光束半径ωo在束腰处，波数k=2π/λ，瑞利长度
zR和曲率半径R(z)的波前。振荡实际电场是通过将相量乘以
并发挥真正的作用。
高斯光束焦点周围的电场分布快照。在本例中，光束半径仅略大于波长，光束发散性很强。根据上面的等式，场模式从左向右移动(即，向更大和z)。
(注意：上面的等式是基于物理学中常见的波相量的符号约定，与通常使用的符号约定相反。后者会导致相位项exp(−i[...])如果使用它，则需要调整其他一些方程式中的符号。)
由于衍射的基本现象，光束半径不能简单地保持不变——它会沿着传播方向变化。这可以在数学上描述为
与瑞利长度
这决定了光束在不明显发散的情况下可以传播的长度。(较旧的文献通常涉及共焦长度 b，它恰好是瑞利长度的两倍。)与设想的传播距离相比，所谓的准直光束(光束半径大致恒定)必须具有较大的瑞利长度。
高斯光束的光束半径的演变(蓝色曲线)。两条垂直线表示瑞利长度，虚线表示远离束腰的渐近行为。
z=0上式中的 对应于束腰或焦点，其中光束半径最小，相位分布平坦。曲率半径R波阵面的演变根据
请注意，对于z→0一个获得R→∞而不是r→0，因为我们有r²在分母中。
为了在透明介质中传播，λ是介质中的波长(即不是真空波长)。否则，假设介质是均匀的、各向同性的和无损的，可以不加修改地使用上面解释的形式。
具有弯曲波前的高斯光束。非常靠近焦点和远离焦点时曲率都很弱。
期限-arctan z/zR在电场相位的表达式中描述了Gouy 相移，这对于例如光学谐振器的谐振频率很重要。
远场中的光束发散(即，对于z值远大于zR) 是
这表明腰部半径越小，波长越长，光束在远离腰部的地方发散越强。高斯光束的光束参数乘积(束腰半径与远场发散角的乘积)为λ/π即它仅取决于波长。对于光束质量不理想的光束，该值更大。
就高斯光束参数而言，近轴近似要求焦点处的光束半径与波长相比较大。(然而，为了方程的合理精度，它不需要大得多。)这意味着光束发散度不会变得太大，并且瑞利长度远大于光束半径。对于非常紧密聚焦的光束，不能很好地满足近轴近似，并且需要一种复杂得多的方法来计算光束传播。在这种情况下，可能还需要考虑电磁场的矢量特性，包括纵向极化分量。
五、复杂的q范围
高斯光束在某一时刻的状态z位置可以用复杂的指定q 范围
这样复电场可以写成
传播一段距离然后简单地增加q该距离的参数。当高斯光束通过曲面镜或透镜等光学元件时，可以通过根据ABCD 矩阵对其参数进行变换来描述。
ABCD是 矩阵的组成部分。教科书上有很多光学元件的ABCD矩阵。有些光学元件不能用 ABCD 矩阵描述，它们会将高斯光束转换为非高斯光束;例子是axicons。
六、散光光束
对于两个垂直的横向方向，高斯光束可以具有不同的半径和发散度值，表示为x和y。 与上述类似的方程式可用于描述光束半径在两个方向上基本上独立的演化。如果两个方向的焦点位置不相等，则光束称为像散光束。
七、高斯光束和谐振器模式
横向最低阶的光学谐振腔的模式(称为 TEM 00或基本横向模式)是高斯模式，如果谐振腔稳定，则谐振腔中的所有光学介质都是均匀的，并且介质之间的所有表面都是平坦的或具有抛物线形状。因此，仅在基横模上发射的激光器通常发射出接近高斯形状的光束。与上述条件的偏差，例如增益介质中的热透镜效应，可能导致非高斯光束形状和/或不同横向模式的同时激发。
更高横向阶的模式可以用例如Hermite-Gaussian或Laguerre-Gaussian函数来描述。
在任何情况下，与高斯光束形状的偏差都可以用M 2因子量化。高斯光束具有最高可能的光束质量，这与最低可能的光束参数乘积有关，并且对应于M 2= 1。
光纤的基本传播模式通常不完全是高斯分布，但也不会偏离该形状太远。因此，如果使用合适的光学器件，通常可以将高斯光束以高效率(80% 或更高)发射到单模光纤中。需要在光纤端聚焦，其光束半径适合光纤模式的大小。
