激光光学系统是对激光进行扩束、准直、聚焦等变换的一类特殊光学系统。激光光学系统的特点是：以激光为光源，激光束截面光强分布为高斯函数；能量密度较高，需要考虑材料、膜系的能量阈值；系统的性能明显受衍射限制；由于激光的单色性一般可不考虑色差。
激光高斯光束的束腰半径和发散角是影响激光光学系统的两个重要参数：
（1）束腰半径
束腰，是指高斯光束绝对平行传输的地方。半径，是指在高斯光束的横截面考察，以最大振幅处为原点，振幅下降到原点处的0.36788倍，也就是1/e倍的地方，由于高斯光束关于原点对称，所以1/e的地方形成一个圆，该圆的半径，就是光斑在此横截面的半径。如果取束腰处的横截面来考察，此时的半径即是激光的束腰半径。
（2）发散角
发散角即是激光光束的远场发散角，指高斯光束在远处沿传播方向成特定角度的扩散，它与波长成正比，与其束腰半径成反比。
正是应为激光固有的束腰半径和发散角，激光光束在实际应用中须经过一定的激光光学系统进行转换，激光扩束系统、激光准直系统和激光聚焦系统是三种最常用的激光光学系统：
（1）激光扩束系统
激光扩束系统是改变激光光束的直径和发射角的光学系统，通过扩束改变激光的光束大小，以适用于不同口径的光学仪器。此外，扩束系统配合空间滤波器使用则能将非对称的激光光束变为对称光束，使激光束能量更加均匀。激光扩束系统一般为小口径透镜系统，即常见的激光扩束镜组件，结构简单、价格低廉。
（2）激光准直系统
激光准直的根本目的是，利用通过一定角倍率的光学系统压缩高斯光束的远场发散角，缩小远场激光束的光斑大小。激光准直系统一般用在激光测距、激光通讯等低能量密度激光领域，通常透射式、同轴反射式系统即能满足要求。
（3）激光聚焦系统
激光聚焦（汇聚）系统是通过适当的光学系统，减小像方高斯光束的束腰半径，从实现激光束的远场聚焦。激光通过聚焦系统可以得到极高的能量密度，在激光加工、光盘读写、激光武器等领域应用广泛。此类高端产品一般采用离轴、非球面、反射式系统，对光学系统像差、材料缺陷、光学薄膜等有着严格的要求，结构复杂、造价昂贵，这是其区别于普通光学系统的显著特点。
需要指出的是，在激光光学系统的实际应用中，除了光学系统的性能外，大气衰减、大气折射率变化、激光质量及稳定性等因素均会影响系统性能，需要综合设计、评估和校正。
