在许多科学和工程应用中,半导体激光器（激光二极管）是紧凑、高效且可靠的光源,然而,高功率半导体激光器发射光束通常具有大发散角和像散,需要配备相应的光束整形系统才能获得光斑为圆形,尺寸合适,发散角小的激光束,以满足远距离光通信的需要。而常用反射式收发天线中卡塞格伦天线因其结构简单、易于制造、有较大口径、可远距离传输、无色散、波段宽等优点被广泛应用,但其存在因次镜遮挡引起的中心能量损耗问题,其传输实心光束的效率大大降低,因此设计能够同时提高天线传输效率和半导体激光器光束质量的光学整形系统具有重要的理论意义和实用价值。本论文主要研究了半导体激光器光束的传输特性,提出新型激光整形光学系统设计方法,并解决卡塞格伦发射天线次镜中心能量损失问题,研究内容包括:（1）对比分析了光学天线的国内外研究进展,半导体激光器整形技术的研究现状和发展方向。研究了半导体激光器输出的基模高斯光束的传输特性。分析了单发射极的高功率半导体激光器发射光束远场强度分布、光束发散角等特性。此外讨论了半导体激光器光束的光束质量的评价方法。（2）研究了基于非球面柱透镜、径向梯度折射率透镜、球梯度折射率透镜的激光整形光学系统设计方法,并用Matlab仿真了基于以上透镜的光线追迹,对比了上述透镜光束整形方法的优缺点。此外设计了一种产生空心光束的新型光学系统,并使用光学仿真软件分析其性能。（3）为了同时提高天线的传输效率和半导体激光器光束质量,设计了一种激光整形光学系统（E-A整形系统,从椭圆像散发散光束到环形准直光束的光束整形系统）,能实现像差校正、光斑圆化、光束准直、产生空心光束四项功能。给出了系统结构参数的设计和计算,并将该光学系统应用于卡塞格伦光学天线,讨论了影响天线系统传输效率的各种实际因素,并给出了优化该系统结构的方法和步骤。在1550 nm波长处,整个系统的传输效率可以达到93.91%。考虑材料的色散,在500～1647 nm波长范围内,传输效率仍能保持在90.00%以上。