随着激光雷达在军用和民用等领域的不断发展,高精度、小体积、低成本的激光雷达的需求不断增加,对光学系统设计领域和相关配合领域提出了新的要求和挑战。对于多线激光雷达光学系统,实现高精度准直发射和回波信号精准会聚使激光雷达技术难点。针对上述设计难点,本文首先对半导体激光器的工作原理以及其发光光束特性,进行了深入研究。并针对以上难点设计了三种多线激光雷达发射光学系统,第一是基于MEMS镜的柱面镜准直光学系统,光束发散角为0.72mrad,发射光学效率为77.3%;第二是基于柱面镜准直式多线发射光学系统,准直出射光斑为长方形,将长方形激光光斑分成8份即实现了8线的激光光束发射,光束束散角为0.3mrad×1.2mrad,整体接收能量为73.55%;第三是在单个非球面准直发射基础上,采用八个激光光源与8个非球面组成的透镜阵列模式实现八线发射,最终得到束散角0.5mrad×2mrad的八线发射光学系统,发射能量为92.66%。三种设计束散角均优于目前市场中激光雷达发散角度。同时,接收部分本文设计了两种多线激光雷达接收光学系统,第一种是基于MEMS反射镜形式的大视场接收光学系统,结构简单,接收效率可达91.53%。第二种是基于阵列接收形式光学系统,通过采用望远镜物镜成像方式仿真并设计出了该系统。系统点列图最大为24.177μm小于艾里斑;波像差小于1/4λ;MTF>0.9,各视场MTF在最大空间频率上接近衍射极限;可将远处激光光斑完全成像到阵列探测器上。