为解决目前激光测距接收光学系统存在的难点，即系统在具有充足进光量的同时又要保证其低制造成本和轻小型化，基于拉格朗日不变量理论分析设计了一种大相对孔径接收光学系统。系统采用6片式伽利略型标准球面镜，使用光敏面直径为0.5 mm的雪崩光电二极管（APD）探测回波光信号，优化后的系统入瞳直径为50 mm，相对孔径为1∶0.9，系统总长为114.9 mm，拉格朗日不变量为125 mrad·mm，获得了较为充足的进光量的同时满足低成本小型化要求。为降低杂散光的影响，进一步设计了遮光罩及镜筒栅栏结构。杂散光模拟追迹结果表明，系统在20°~85°离轴角视场外的杂散光抑制可以达到激光测距系统要求。在接收光学系统拉格朗日不变量为125 mrad·mm的前提下，激光测距系统的测距量程在加入光学系统后综合提升了21倍，表明该接收光学系统具有较大应用价值。

设计了一种新型锥形激光光束变换器，它根据全内反射－折射原理扩大或压缩入射激光束的直径。利用光线追迹的方法研究了传输光线的传输规律和特性，并进行了相应的计算机模拟。设计的变换器可以将沿中心轴入射的单色平行光束压缩成平行于中心轴的光束、会聚在中心轴的光束或空心光束。对于入射的非平行光，它的特性同传统的成像扩束器相似，所不同的是拉格朗日不变量不再是常量，当压缩光束的直径时拉格朗日不变量略有减小，当扩大光束的直径时拉格朗日不变量略有增大。设计的变换器具有结构简单、价格便宜和倍率高等优点。

阐述了对LD输出光束进行整形的必要性.在国内首次对目前常用的一些典型的光束整形技术的整形原理、关键技术及整形效果进行了分析、比较和评价.

提出用微片棱镜堆实现大功率激光二极管线列阵器件的光束整形, 进而实现光纤耦合输出。 利用这一技术得到了直径为600 μm的光纤耦合输出的大功率半导体激光, 总效率大于50%。 它具有易于制造、 调整简便、 结构简单的优点。 文中从理论、 计算机模拟以及实验三个方面对微片棱镜堆的整形进行了分析讨论。