为真实模拟实弹射击场景，降低**射击训练成本，设计了一种基于铒玻璃激光器的激光射击光学系统。该系统采用两级激光扩束，将铒玻璃激光器出射光束发散角二次压缩，实现极小发散角光束出射，提升了激光射击过程的人眼安全性。铒玻璃激光器出射光束发散角为 15mrad，出射光斑直径 0.3mm，激光扩束倍率 300倍，系统出射光束发散角达 0.035 mrad。距光学系统出光口 1km位置，激光光斑直径约为 120mm，可满足千米射击训练要求，突破了常规激光射击系统百米量级的作用距离限制。设计的光学系统总长度为 364 mm，结构简单，利于工程化，应用前景广阔。

在基于保偏光纤的非通视方位传递系统中，针对经保偏光纤传输后出射光束直径太小的问题，可以引入扩束系统进行解决。透镜对偏振传输影响的研究是引入扩束系统的关键，但相关研究主要集中在对入射光不同偏振态单一因素的讨论。因此，以伽利略扩束系统为例，详细分析了透镜中偏振传输的过程，推导了含透镜参数的偏转角公式，仿真了透镜参数对偏转角的影响，最后验证了理论与实验结果的一致性。结果表明：透镜参数对偏振传输的影响使偏振方位角发生偏转，其中曲率半径与偏转角成反比关系；中心厚度与偏转角成线性关系；折射率和光斑半径与偏转角均成平方关系。该研究结果对在基于保偏光纤的非通视方位传递系统中引入扩束系统具有一定的指导意义。

对基于衍射光学系统的激光雷达的波束展宽方法和作用距离进行了分析，介绍了实验样机的研制情况。根据实际激光雷达的成像特点并结合宽幅成像的需求，提出了离焦扩束、加柱面镜扩束以及基于衍射镜的波长变化扩束3种接收波束展宽方法，进行了仿真计算并给出了实验样机的部分测试结果。给出了扩束情况下激光雷达的作用距离表达式，同时讨论了模数转换（AD）采样量化对接收信号采样的影响，明确了接收扩束产生的增益下降可由电子学放大器来弥补的观点，并结合实际数据给出了验证结果和分析结果。

激光扩束系统可以扩大激光光束直径、压缩空间发散角，被广泛应用在激光测距、大气探测等领域。为了压缩激光扩束系统的外形尺寸，减小出射与入射光束之间的距离，设计了一种由多个共焦离轴抛物面镜组构成的多级反射式激光扩束系统。根据设计指标，计算了多级反射式激光扩束系统的系统参数，使用ZEMAX光学设计软件对单组扩束系统和两个多级扩束系统进行了仿真和公差分析，对比了单组扩束系统和多级扩束系统的尺寸和公差。结果表明，在比较宽松的公差范围内，多级扩束系统能够实现在更短距离上的高倍激光扩束。

为了实现复杂结构的多波束激光之间角度匹配以及收发平行的问题，提出了共基准装调方法，将发射部分与接收部分分开装调，然后通过统一基准进行对接。针对该发射系统的波束多，波束之间角度要求严格，扩束倍率大以及发散角要求严格等特点，对发射部分的装调方法进行了研究。根据结构设计上的收发关系建立了统一的基准，即激光发射系统的底板，该底板也是与接收对接的接口。分析了扩束镜头对激光发散角以及出射方向角度的影响，并根据分析结果先对激光器进行角度调整，使用大口径长焦距平行光管与高精度多光轴标校系统，对激光器的出射光方向和发散角进行测试并调整到位，使激光器出射光的角度满足所需要的角度要求，误差在1'以内；最后与扩束镜头对接，根据扩束镜头对发散角以及激光出射方向的影响，调整扩束镜头正负透镜组之间的间距以及扩束镜头的整体位置使得激光发散角与出射角度满足所需要的角度，发散角误差在5 μrad，出射角度之间的误差在5″以内。实测结果显示，各个激光出射角度之间的偏差优于5″，发散角为（0.042±0.001）mrad，满足扩束倍率以及最终发散角的要求，具备与接收系统对接的条件。该多波束激光发射系统的装调方式合理可行，装调结果满足指标要求。

扩束是超高峰值功率激光装置中必不可少的一环,由离轴抛物面镜组成的反射式扩束系统可解决传统透射式扩束带来的色散、色差及激光脉冲前沿畸变等问题。利用光线追迹法和惠更斯-菲涅耳原理对反射式扩束和聚焦过程进行分析,计算了在反射式扩束系统参数不同时,离轴抛物面镜失调对激光脉冲远场时空特性的影响,给出了激光脉冲斯特列尔比和峰值强度的误差允许范围。

合成孔径激光雷达是实现计算成像的一种重要途径。首先,介绍了多通道逆合成孔径激光雷达(ISAL)样机、成像探测实验及信号处理方法。然后,阐述了样机系统组成和关键技术解决途径。接着,利用基于一发多收脉冲体制和全光纤光路的相干激光雷达样机,给出了地面运动车辆目标的成像探测实验结果。最后,在收发扩束宽视场条件下,验证了多通道ISAL的高分辨率成像能力和顺轨干涉运动补偿成像方法的有效性。

高能激光系统的主要工作方式是利用其精跟踪模块将发射激光传输聚焦至闭环跟踪条件下的目标上, 使之受到毁伤或失效。为实现该工作方式, 本文研究设计了一套共孔径光学收发装置。该装置的发射系统主要由离轴两反式主望远镜模块、伽利略透射式调焦望远镜模块和光束馈送模块共同组成二级扩束系统, 接收系统主要由离轴两反式主望远镜模块、精跟踪成像模块和光束馈送模块共同组成长焦距光学系统, 其中光束馈送模块由二向色镜、快速反射镜等光学元件组成。以非相干空间合束的基模高斯光作为激光光源, 利用光学设计软件对该装置进行了优化设计。对于发射系统, 获得了激光经过调焦望远镜模块不同的调焦量调制后, 传输至0.5~5 km处的光斑分布情况, 且激光波前像差RMS值均优于λ/20; 对于接收系统, 由各模块一同构成的成像光学系统的性能经优化后接近衍射极限, 其中系统传递函数在70 lp/mm时大于0.6, 最后通过样机实验也验证了设计的正确性。本文的设计和实验结果证实了该共孔径光学收发装置结构合理, 性能可靠, 满足高能激光系统的工程应用需求。