本文针对菲涅尔透镜聚光器在太阳能泵浦激光器实验项目中的设计提出优化方案,这一方案在Matlab上仿真了材料为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的大口径圆形菲涅尔透镜,其尺寸为1000mm×1000mm,在焦距分别为1000mm、1100mm、1200mm的条件下进行仿真。并用Matlab软件进行光线追踪模拟,在单色平行光、平行宽光谱光、发散单色光和太阳光四种情况下,分析了在焦平面的一倍及两倍衍射极限下的会聚效率,光强度分布和光斑大小。本文仿真实现的优化设计方案基于1991年郭孝武教授提出的菲涅尔透镜一般设计方案理论框架。在其理论基础上,本文的设计方案加入了对齿环高度的考虑,并针对每个通过环齿中心的光线来计算每个环齿的倾斜角,使得平行单色光会聚到焦平面时形成一个直径为单倍齿宽的光斑,在焦平面同样大小的接收面积内能获得更多的光强,提高了菲涅尔透镜的会聚效率。本文在Matlab仿真模拟测试中,为使模拟太阳光接近真实太阳光,还考虑了NASA AM1.5太阳光光谱中的波长权重。实验结果表明,在550nm的设计波长下,考虑菲涅尔反射后,太阳光入射时,在两倍衍射极限即半径11.8mm内光学效率可以达到78.7%。而在等宽同心圆环带的设计要求下,球面镜切割的方法只能达到30.4%的会聚率。这一结果说明,通过优化的菲涅尔透镜设计,可以达到对太阳光更高的会聚效率,从而为太阳能泵浦激光器的高效能转化提供了重要的基础。