激光光束质量测量技术指利用激光的传播规律,通过成像系统实现对激光强度信息的采集,完成激光光束质量的测量。然而,对于波动性大,稳定时间长的激光器,光斑强度信息的重复性采集耗时长,且采集的光斑强度图像不具备一致性,最终所得光束质量未完整表征激光特性。为解决以上问题,本文提出一种基于相位差异的激光光束质量测量法:多重传播法以最少成像次数,最短光斑信息采集时间,最小光束质量测量误差为特点,改善光束质量参数的测量问题;矩法测量法以高测量效率为特点作为补充测量法。(1)分析衍射的角谱理论,研究激光光场重构方法,结合焦面、离焦面的光斑强度图像给出反演激光光场的方法,建立相位差异激光光场重构模型,反演重构面的激光光场分布;(2)结合重构面的激光光场,研究光束束宽的计算、采样间隔的选取、激光传播廓型曲线的拟合、传播步长的确定四个方面内容。针对OTSU阈值法不能优化处理计算光束束宽时激光光斑图像中边缘数据的局限性,提出改进的OTSU阈值法以适用于光束束宽的计算;分析重构面光场传播中频率混叠现象,给出采样间隔的选取范围;研究激光传播廓形拟合中出现较大误差的光斑大小数据,给出稳健的拟合法实现对误差数据进行部分取舍的目的;结合激光的传播特性,提出改进的传播步长选取条件以解决激光传播廓形拟合曲线中重要采样范围内数据占比过少、光束质量测量不准确的问题。(3)针对多重传播法中大量的傅里叶运算耗时长的问题,研究以魏格纳分布为基础的矩法测量法。结合重构面的激光光场分布,研究其强度密度分布和相位密度分布,给出最优光场数据选取条件,减少求解激光光束质量参数中不必要的耗时。通过实验对基于相位差异的激光光束质量测量法进行验证,分析实验结果。实验结果表明:应用多重传播法对激光光束质量进行测量时激光参数准确度高,其参数的误差均在±5%;矩法测量法作为快速测量法,其参数的测量误差为±9%,以上两种基于相位差异的激光光束质量参数测量法的采样效率得到显著提高,该测量方法可以完整表征激光属性,提升激光光束质量测量效率,对激光技术的深入应用具有重要意义。