在激光焊接﹑表明热处理﹑模式识别﹑激光材料加工﹑平板印刷术等高新技术领域中，需要获得光强呈平顶分布的矩形激光束输出。因此，为了提升激光技术的应用水平，需要对激光的能量进行空间整形，以满足在实际应用中的需求。将光强呈高斯分布的激光圆斑整形成光强呈平顶分布的准矩形光斑，需要通过特殊的整形系统来实现。在诸多整形技术中，折射式整形系统具有整形效果佳﹑能量损耗小﹑稳定性和实用性强﹑结构简单等优点。本文提出了基于非球面柱透镜的高斯光束整形系统，该系统属于非轴对称光学系统，由两片正交放置的平/凸柱透镜和平/凹柱透镜组成，能够有效地实现高斯光束整形。本文首先介绍了轴对称高斯光束整形系统，其中包括非成像光学的理论基础，高斯光束和平顶光束的特征和传播规律，非球面透镜的数值求解方法和ZEMAX光学设计软件。在此基础上，提出了非轴对称的高斯光束整形系统，详细分析了基于非球面柱透镜的高斯光束整形理论，并推导出整形系统中任意光线在入射面和出射面上的坐标变换方程。然后，本文给出了一个整形系统的设计实例，并通过ZEMAX编程宏语言实现了系统参数的自动优化。该系统对波长为632.8nm，束腰半径为5mm的高斯光束进行整形，在距离整形系统5000mm处，得到了尺寸为100mm×3000mm且光强呈平顶分布的矩形光斑。仿真设计结果表明，输出光斑的光强均匀度高于95%，能量损耗小于10%。最后，本文使用MATLAB分析了非球面柱透镜的面型误差，结合ZEMAX分析了柱透镜的装调公差，制定了该整形系统的公差容限。