伴随科技的迅速发展,许多领域的研究有了突破性进展。激光器自从1960年代出现以来也已逐渐从军用领域进入民用领域。从只能在液氮创造的极低温状态下发射脉冲,到液相外延及气相外延的异质结介入使得激光能在室温下稳定发出;又从单异质结到阈值电流密度更低、更高效限制辐射复合的双异质结;再从半导体到如今的光纤、量子激光器,随着微电子领域,光电领域的技术革新,激光已在日常生活应用中延拓。为了更有效地利用激光,对激光进行匀化成为了一项重要课题。光束匀化的概念已提出半个多世纪,其属于非成像设计,也是一种典型的逆向设计。在前人的努力下,无论是单一光场还是复杂光场下的高斯光束数理模型已取得了长足的发展,但随着医疗、制造、航天领域的不断进步,各领域对于激光的各项使用性能和精度要求不断提升,在光能效率、加工手段、应用范围等方面依然存在诸多技术难题。本文在兼顾匀化效率和制造工艺的情况下,选择非球面透镜组深入进行激光匀化技术研究。传统的非球面透镜在需要大量算力的前提下可以基本满足小功率激光器的基模高斯光束匀化,如果要求加大额定功率,基模的高斯光束就会转化为复杂场下的高阶模(拉盖尔光束、厄米特光束等),而此时传统的设计方法难以满足要求。因此本文在已有的高阶模数理模型上应用Zemax、tracepro、Matlab等多款现代CAE软件设计出一套完整的高阶模激光匀化流程,进一步完善激光匀化技术。本文首先梳理了高斯光束各种数理模型,利用Matlab将各种模型进行可视化处理,并指出了各种模型的重要形状因子是如何影响模型;进而选择合适的模型进行初步理论设计,并且利用Zemax观察初步设计的结果;再通过对透镜组的各项参数对匀化效果和加工难度的影响权重的研究确定透镜面型的初始结构,然后通过编制Zemax宏语言优化程序来对结构进行最终的确定。本文也使用超精密单点金刚石车床来加工透镜并检测,得出结论以目前的加工水平可以加工出满足使用条件的匀化所需透镜以验证可行性。最后通过仿真软件Tracepro进行光线追迹,验证本文流程设计出的透镜能使高阶拉盖尔高斯光束达到较高均匀性。