在大功率的光学切割系统中，激光经过光学系统聚焦会产生热量，造成光学系统元件发生热形变和折射率的改变，从而导致镜片焦距发生改变，影响加工效果。利用COMSOL软件对光学系统进行多物理场模型建模，仿真得到连续激光和准连续激光作用下的镜面形变量和折射率改变情况，将镜片受热后数据导入ZEMAX中进行光束追迹，仿真计算出光学系统焦点的轴向偏移量。功率越大，焦点偏移量越大；脉宽越大，焦点偏移量越小；重复频率越高，焦点偏离量越小。最后通过引入对流系数对焦点偏移进行补偿，同时改变对流系数可以控制焦点的位置。该研究解决了大功率激光加工过程中的轴向焦点偏移量测量难的问题，为大功率激光切割设备的焦点控制提供理论依据。

激光二极管阵列(LDA)的出射光束空间分布不均匀，发散角大，难以直接用于端面抽运的固体激光器中，需要对LDA输出光束进行整形耦合。用Zemax光学设计软件设计出一款适合端面抽运全固态激光器的耦合系统,该耦合系统由快轴准直镜与透镜导管组成。着重研究了透镜导管的耦合效率与透镜导管特征参数之间的关系，并通过光线追迹得出最佳耦合系统参数。设计的透镜导管长22 mm，输入面尺寸为12 mm(快轴)×9 mm(慢轴)，输出面尺寸为3.5 mm×3.5 mm，输入端球面曲率半径为14 mm。该系统耦合效率可达90.7%，距输出端1 mm处的光束发散角为0.38 mrad(快轴)与0.02 mrad(慢轴)，可使抽运光和固体激光器振荡光达到良好的光束匹配效果。