激光器已成为光电系统和光学系统中不可替代的重要部分，尤其是激光二极管及其阵列泵浦的固体激光器(全固态激光器)更是受到众多学者和相关工作人员的青睐。这是由于全固态激光器可以兼具半导体激光器和固体激光器的优点，如体积小、寿命长、电光转换效率高、输出稳定等。全固态激光器是固体激光领域中的前沿课题。然而，激光二极管本身所具有的缺陷使得出射光束在快慢轴两个方向上的光束质量因子相差很大，如果不对其进行耦合整形就会大大降低输出光束的质量和激光器的总体效率，因此激光二极管及其阵列的耦合问题是全固态激光器中的一个热点问题。目前，许多学者对此已经进行了大量的研究，面阵激光二极管阵列的耦合问题却仍然是耦合技术中的难题之一。此外，许多实验和应用中都需要对激光束进行相关的整形，以满足不同的使用需求，而对激光进行扩束则是最为常用的光束整形技术之一。许多应用中，如激光雷达、干涉计量、光纤光学等，都需要使用扩束器来扩大光束直径以减小光束发散角。然而，目前使用的扩束器一般存在倍率小、结构复杂和价格昂贵等缺点。针对上述问题，本论文主要完成了以下几点创新性的工作： 1.首次提出用内侧壁镀高反膜的空心导管作为面阵激光二极管阵列端泵浦固体激光器的光耦合系统。在光线追迹的基础上研究了空心导管的传输规律和特性，给出了空心导管出射端面附近输出光束的相对光强分布。结果表明，空心导管具有结构简单、价格便宜、使用方便和输出为近高斯型场分布的优点，是面阵激光二极管阵列端泵浦固体激光器的有效光耦合系统。 2.首次得到透镜导管的一组最佳参数。在光线追迹的基础上对透镜导管进行了系统的优化设计，研究了它的传输规律和特性，并给出了透镜导管出射端面附近输出光束的相对光强分布。结果表明，透镜导管的最佳参数具有普遍适用性，用具有最佳参数的透镜导管耦合面阵激光二极管阵列可以得到较小的光束发散角和较高的光束质量。 3.首次提出一种适用于面阵激光二极管阵列端泵浦固体激光器的新型耦合系统——圆锥形导管。在光线追迹的基础上研究了锥形导管的传输规律和特性，给出了锥形导管出射端面附近输出光束的相对光强分布。结果表明，锥形导管利用全内反射—折射原理大大压缩了出射光束的发散角，它还具有传输效率高和结构简单等优点，可以作为面阵激光二极管阵列端泵浦固体激光器的有效光耦合系统。 4.首次提出一种新型的全内反射—折射激光扩束器。利用光线追迹和计算机模拟的方法研究了它的传输规律和特性，并且扩展了其它各种可能的用途。结果表明，对于入射的平行激光束而言，该扩束器可以通过改变侧壁和中心轴之间的夹角来获得平行的、汇聚的或空心的激光束，对于入射的非平行激光束而言，其相应的拉格朗日不变量不再是常量。该扩束器具有结构简单、传输效率高和倍率高等优点。 5.首次提出一种新型的大倍率变焦激光扩束器。它的变焦组和固定组采用的是普通球面透镜，而补偿组透镜则采用了一个高次非球面。利用光学软件分析表明，该扩束器的倍率可在3-20之间实现连续可调，而且出射光束质量较高，是一种性能优良的可被广泛使用的大倍率变焦激光扩束器。