当前,高功率的板条激光器作为固体激光器中重要的一个发展方向,具有高平均功率、结构紧凑等特点,在军事、工业加工、光电对抗等领域有着广泛应用。但是在另一方面,板条激光器运转过程中仍存在着热透镜、热致双折射等效应,影响光束的质量,采用自适应光学技术对激光光束进行波前校正,能够大大提高激光光束质量。板条激光器输出光束尺寸为2~2.5mm×26~28mm的矩形像散光束,为了能够应用自适应光学技术,要求将光束尺寸整形成为35×35mm~40×40mm的方形光束,本文设计了一种工作波长为1064 nm,在X、Y方向上扩束比不同,且扩束倍率可变的二维变焦扩束光学系统,系统总长小于1000 mm,在达到扩束要求的同时,减小光束的发散角,改善输出激光的波前。本文分析不同类型的扩束系统,进行比较,系统采用折射式伽利略扩束望远镜系统的扩束形式以及机械补偿形式的变焦距结构。系统由五片透镜组成,采用分离设计,将三个透镜组成一个小型的变焦系统,使整个系统的扩束比倍率转化为更易于计算的组合焦距变化,推导出变焦系统中透镜间距之间的变焦公式,讨论系统透镜焦距的选取和透镜间距的限制条件,计算出初始结构。讨论透镜面型和材料的选用,使用ZEMAX光学设计软件辅助设计,建立系统的初始结构,建立合适的目标函数和选择良好的优化算法,优化得到最终的结构参数。仿真得到系统的总波像差小于1/4λ,系统调制传递函数在0视场较为理想,在非序列下仿真,扩束系统能够将长条形光束整形方形。同时分析了存在离焦、0度和45度像散三种低阶像差的光束通过系统后的变化,结果表明,该结构变焦扩束系统能在一定程度上降低激光的波前像差。为了使扩束系统可便于加工和制造,对优化后的系统进行公差分析,确保加工精度和装调误差符合实际要求。搭建实验条件,实验表明,本文所设计的变焦扩束系统能够改善输入光束的波前,压缩发散角,降低光束的功率密度。课题中尽量减少对柱透镜的使用,保证两个方向不同的扩束比。同时,对后续工作提供了一种有效的扩束系统的变焦设计和分析途径。