由于地球大气湍流的存在,大口径地基望远镜的观测效果受到了严重的制约,得不到预期的效果,配套的自适应光学技术应运而生。而为了配合自适应光学系统的工作,担任提供人造导星的任务,激光导星发射系统不可或缺。传统的激光导星发射系统大多根据实际需求进行设计,没有通用的结构与设计方案;激光导星系统为激光传输系统,在以往的设计过程中,通常没有考虑到物理光学传输的影响,设计的框架与优化方式均建立在以几何光学传输为基础的评价标准上,没有建立物理光学传输模型,会导致最终性能的下降。我们首先在目前自适应光学系统的工作模式下,结合已有的设计,提出了一种激光导星发射系统的一般结构:由负责视场耦合的扩束镜,负责消除地球自转影响的消旋系统与负责导星发射的发射望远镜组成。首先我们针对扩束镜进行了设计工作,针对扩束镜的多视场像质进行了优化与热分析,并最终得到可靠设计。其次,对于消旋系统,我们进行了相关选型工作,并对其装调难点进行了有效解决。最后,对于激光导星发射系统的核心元件发射望远镜,我们提出了一种基于物理光学评价的优化方案。在该方案中,首先建立了物理光学传输模型,其次基于几何光学评价进行了初始结构的寻找,最后结合物理光学评价标准进行了最终的优化设计。最终的设计结果充分证明了所提出优化方案的有效性,发射望远镜拥有良好的性能表现。为了使设计完成的激光导星发射系统拥有可靠的稳定性,我们对已完成的设计进行了详细的公差分析,进行了灵敏度分析并完成了公差的分配,随后完成了蒙特卡洛分析验证了公差的有效性。特别的,针对发射望远镜,我们进行了基于物理光学评价标准的公差分析。本文提出的优化方案证明了基于几何光学优化的结构并不能取得良好的物理光学性能。最终的设计结果与公差分析表明,本文提出的优化设计方法与公差分析流程均十分有效,得到了优良的像质与公差性能表现,这将为其他的激光传输系统光学设计与公差分析提供参考。