具有光强空间均匀分布特性的平顶激光光束,已成为在激光熔覆、太阳能电池划片、半导体基片退火、激光照明等领域必备的光源。因此将高斯光束整形为平顶激光光束具有重要的应用价值。常见的光束整形技术有非球面透镜组、多边形匀化棒、衍射光学元件、微透镜阵列等方法。微透镜阵列整形技术因具有光束适应性强、光强透过率高等优点,使其被广泛应用。本论文主要从光线追迹理论和傅里叶光学理论两个方面对微透镜阵列系统匀化特性进行分析,建立了光线追迹分析模型和光场追迹分析模型,并开展相应的实验研究。主要研究工作有:(1)基于光线追迹理论,建立微透镜阵列系统匀化特性的光线追迹模型,将光束的光强分布与光线的位置分布之间的关系联系起来。该分析模型弥补了原有几何模型不能分析光强均匀性的不足。同时讨论了入射光的光强分布、入射光斜入射角度、观测距离、微透镜个数和聚焦透镜像差对匀化效果的影响。(2)基于傅里叶光学理论,建立微透镜阵列系统匀化特性的光场追迹模型,推导出出射光场的光强分布解析式,指出微透镜阵列能够实现光束匀化的原因,即由单透镜的衍射效应和多光束的干涉效应二者共同决定。同时通过傅里叶变换的理论,讨论了入射光强的振幅和相位分布对匀化特性的影响,揭示微透镜阵列系统对任意光强分布的匀化本质。(3)基于傅里叶光学分析模型的理论基础,给出任意光强空间分布的衍射型微透镜阵列的设计方法,即利用G-S迭代算法算出衍射微透镜单元的相位分布函数,再将其进行阵列化,最终给出该类器件的设计方案。(4)针对通用性微透镜阵列,搭建实验平台,进行光束整形实验。研究了入射光扩束尺寸、入射光分布和观测屏离焦距离,对光强均匀性的影响,从而验证了光线追迹和光场追迹两种分析模型对微透镜阵列系统的正确性和适用性。