在激光加工、光刻、激光医疗等领域中,需要得到光强均匀分布的光斑。为了满足各个领域对光束质量的要求,需要将光强呈高斯分布的激光光斑整形成平顶分布,光束匀化技术由此而来。目前光束均匀化方法已有很多种,其中微透镜阵列已广泛应用在光束匀化领域,具有匀束效果好,适应性强,能量利用率高等优点,其缺点主要有三方面:1)由于微透镜阵列的周期性排布和激光的相干性,匀化光斑会受多光束干涉的影响而产生干涉条纹,降低光斑的均匀性。2)微透镜阵列存在死区,填充因子不高。3)由于加工工艺水平的限制,微透镜阵列并不能做到小型化。为了能缩小微透镜阵列的体积,增加它的填充因子。本文使用菲涅耳多台阶波带片作为阵列中的微透镜。菲涅耳波带片具有体积小,填充因子高,设计自由度多等优势。为降低多光束干涉带来的影响,将一种随机位相分布引入透镜阵列,对阵列中每一个菲涅耳微透镜施加0或π的二值化位相变化,打乱阵列位相的周期性排布,减少微透镜后多光束在匀化面干涉带来的影响。通过数值计算对激光束的匀化过程进行了模拟,设计的菲涅耳透镜口径为0.5 mm,焦距为6mm,阵列数目为20×20,光斑整体均匀度达到90%,光束能量利用率达到96%。利用设计和制备的随机位相型菲涅耳透镜阵列对1064 nm波长的激光光束进行匀化,均匀度为83%,光束能量利用率为89%。研究结果表明,通过引入随机位相可有效减少干涉带来的影响,提高微透镜阵列对单模高斯光束的匀束效果。