激光光學系統(tǒng)是對激光進行擴束、準直、聚焦等變換的一類特殊光學系統(tǒng)。激光光學系統(tǒng)的特點是：以激光為光源，激光束截面光強分布為高斯函數(shù)；能量密度較高，需要考慮材料、膜系的能量閾值；系統(tǒng)的性能明顯受衍射限制；由于激光的單色性一般可不考慮色差。
激光高斯光束的束腰半徑和發(fā)散角是影響激光光學系統(tǒng)的兩個重要參數(shù)：
（1）束腰半徑
束腰，是指高斯光束絕對平行傳輸?shù)牡胤?。半徑，是指在高斯光束的橫截面考察，以最大振幅處為原點，振幅下降到原點處的0.36788倍，也就是1/e倍的地方，由于高斯光束關(guān)于原點對稱，所以1/e的地方形成一個圓，該圓的半徑，就是光斑在此橫截面的半徑。如果取束腰處的橫截面來考察，此時的半徑即是激光的束腰半徑。
（2）發(fā)散角
發(fā)散角即是激光光束的遠場發(fā)散角，指高斯光束在遠處沿傳播方向成特定角度的擴散，它與波長成正比，與其束腰半徑成反比。
正是應為激光固有的束腰半徑和發(fā)散角，激光光束在實際應用中須經(jīng)過一定的激光光學系統(tǒng)進行轉(zhuǎn)換，激光擴束系統(tǒng)、激光準直系統(tǒng)和激光聚焦系統(tǒng)是三種最常用的激光光學系統(tǒng)：
（1）激光擴束系統(tǒng)
激光擴束系統(tǒng)是改變激光光束的直徑和發(fā)射角的光學系統(tǒng)，通過擴束改變激光的光束大小，以適用于不同口徑的光學儀器。此外，擴束系統(tǒng)配合空間濾波器使用則能將非對稱的激光光束變?yōu)閷ΨQ光束，使激光束能量更加均勻。激光擴束系統(tǒng)一般為小口徑透鏡系統(tǒng)，即常見的激光擴束鏡組件，結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉。
（2）激光準直系統(tǒng)
激光準直的根本目的是，利用通過一定角倍率的光學系統(tǒng)壓縮高斯光束的遠場發(fā)散角，縮小遠場激光束的光斑大小。激光準直系統(tǒng)一般用在激光測距、激光通訊等低能量密度激光領域，通常透射式、同軸反射式系統(tǒng)即能滿足要求。
（3）激光聚焦系統(tǒng)
激光聚焦（匯聚）系統(tǒng)是通過適當?shù)墓鈱W系統(tǒng)，減小像方高斯光束的束腰半徑，從實現(xiàn)激光束的遠場聚焦。激光通過聚焦系統(tǒng)可以得到極高的能量密度，在激光加工、光盤讀寫、激光武器等領域應用廣泛。此類高端產(chǎn)品一般采用離軸、非球面、反射式系統(tǒng)，對光學系統(tǒng)像差、材料缺陷、光學薄膜等有著嚴格的要求，結(jié)構(gòu)復雜、造價昂貴，這是其區(qū)別于普通光學系統(tǒng)的顯著特點。
需要指出的是，在激光光學系統(tǒng)的實際應用中，除了光學系統(tǒng)的性能外，大氣衰減、大氣折射率變化、激光質(zhì)量及穩(wěn)定性等因素均會影響系統(tǒng)性能，需要綜合設計、評估和校正。
