激光光學系統是對激光進行擴束、準直、聚焦等變換的一類特殊光學系統。激光光學系統的特點是：以激光為光源，激光束截面光強分布為高斯函數；能量密度較高，需要考慮材料、膜系的能量閾值；系統的性能明顯受衍射限制；由于激光的單色性一般可不考慮色差。
激光高斯光束的束腰半徑和發散角是影響激光光學系統的兩個重要參數：
（1）束腰半徑
束腰，是指高斯光束絕對平行傳輸的地方。半徑，是指在高斯光束的橫截面考察，以最大振幅處為原點，振幅下降到原點處的0.36788倍，也就是1/e倍的地方，由于高斯光束關于原點對稱，所以1/e的地方形成一個圓，該圓的半徑，就是光斑在此橫截面的半徑。如果取束腰處的橫截面來考察，此時的半徑即是激光的束腰半徑。
（2）發散角
發散角即是激光光束的遠場發散角，指高斯光束在遠處沿傳播方向成特定角度的擴散，它與波長成正比，與其束腰半徑成反比。
正是應為激光固有的束腰半徑和發散角，激光光束在實際應用中須經過一定的激光光學系統進行轉換，激光擴束系統、激光準直系統和激光聚焦系統是三種最常用的激光光學系統：
（1）激光擴束系統
激光擴束系統是改變激光光束的直徑和發射角的光學系統，通過擴束改變激光的光束大小，以適用于不同口徑的光學儀器。此外，擴束系統配合空間濾波器使用則能將非對稱的激光光束變為對稱光束，使激光束能量更加均勻。激光擴束系統一般為小口徑透鏡系統，即常見的激光擴束鏡組件，結構簡單、價格低廉。
（2）激光準直系統
激光準直的根本目的是，利用通過一定角倍率的光學系統壓縮高斯光束的遠場發散角，縮小遠場激光束的光斑大小。激光準直系統一般用在激光測距、激光通訊等低能量密度激光領域，通常透射式、同軸反射式系統即能滿足要求。
（3）激光聚焦系統
激光聚焦（匯聚）系統是通過適當的光學系統，減小像方高斯光束的束腰半徑，從實現激光束的遠場聚焦。激光通過聚焦系統可以得到極高的能量密度，在激光加工、光盤讀寫、激光武器等領域應用廣泛。此類高端產品一般采用離軸、非球面、反射式系統，對光學系統像差、材料缺陷、光學薄膜等有著嚴格的要求，結構復雜、造價昂貴，這是其區別于普通光學系統的顯著特點。
需要指出的是，在激光光學系統的實際應用中，除了光學系統的性能外，大氣衰減、大氣折射率變化、激光質量及穩定性等因素均會影響系統性能，需要綜合設計、評估和校正。
