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基于空间解析几何与矢量形式的折射定理为基础，研究了非球面、非轴对称的激光束准直光学系统，并对空间光线的传输进行了严格的理论推导，得出了光束发散角的传递矩阵递推公式，并对激光束的发散角进行了优化设计。利用激光束质量诊断仪对准直系统的发散角进行了实验测试，结果表明准直系统能达到较高的准直精度。本设计方法能广泛应用于复杂的非球面光学系统设计中。