激光技术在当代社会的多个领域得到了广泛应用,以其为基础的激光测距机和激光测照器在尖端工业和军事中起着重要作用。激光测照器的核心部件是激光发射装置,需通过激光整形向目标持续稳定地发射激光,而目前激光发射装置发射光束的均匀性较差,且其光学系统不符合小型化要求,因此本文采用二元光学理论对激光发射光学系统的小型化进行研究,使得发射激光束满足准直性和均匀性的同时,实现激光发射光学系统的小型化。为了实现激光测照器发射装置光学系统的小型化,本文设计了包括4倍球面扩束系统、反射镜和二元光学元件组的激光束整形系统。首先利用4倍球面扩束系统对特定束腰大小的激光束进行扩束,改变激光束的发散角和直径,以便与后续的整形二元光学元件组匹配。其次,基于标量衍射理论,建立了包括初始相位选取和振幅调整的改进GS算法数学模型,并利用改进GS算法设计了匀化二元光学元件和准直二元光学元件,从而得到性能优异的二元光学元件。然后根据光功率恒定以及几何光线传播理论,建立了光束整形的目标函数,确立了伽利略式的二元光学元件组结构,并在ZEMAX中开发应用程序设计了基于二元光学元件的激光束整形系统,以此实现对系统的整体设计和评判。最后搭建了整形光束测量系统,并通过CMOS法及图像处理实现整形激光束参数的测量。本文设计的激光束整形系统光学结构为:42mm×36mm×36mm,且发射激光束的均匀度为96.2%,半发散角为0.25mrad。当以光斑半径1.5mm、半发散角2.44mrad、光脉冲能量60mJ的调Q的1064nm YAG固体激光器为整形系统的光源时,实验测得发射激光束均匀度为80.15%,半发散角为0.31mrad,光脉冲能量为46.71mJ。激光束整形系统的光学结构小、发射光束质量稳定,为二元光学元件在激光光束整形中的应用提供了理论指导。