影响复合探测激光雷达系统性能的因素主要有三个：激光器、探测器和光学系统，在激光器、探测器确定的情况下研究光学系统对提升系统性能具有重要意义。传统的复合探测激光雷达光学系统结构一般选择折反射式，这样会存在中心遮挡，效率低下；传统的分光镜分光效率一般为70%—80%，具有较大的提升空间。本文将在此基础上完成高效率复合探测激光雷达光学系统的性能研究，并进一步提出在探测器象元数少于阵列光束数目时的激光高效率接收方法。本文对分光系统效率的提高进行了研究。首先分析复合探测分光系统的工作原理，其次，针对激光、红外视场角小及系统透过率低下提出改进方法，使得激光视场角由原来的3.5°提高至7°，红外波段的视场角由原来的6.9°提高至10.4°。分光系统激光的理论上的透过率由原来的85.3%提高至99%以上，系统的红外波段理论上的透过率由原来的85.9%提高至99%以上。本文还讨论了高效率激光阵列接收系统的设计。首先，完成激光阵列接收系统的分析。然后，对激光接收系统进行设计，主要包括光纤阵列的设计以及薄膜结构的设计。最后，分析接收系统中激光、微透镜和光纤的耦合效率。当纵向偏移、横向偏移、角度偏移量在一定范围内，激光接收系统整体耦合效率理论在93%以上。本文分析了复合探测光学系统的主体结构，针对中心遮挡，提出折射式复合探测共口径结构，并分别针对红外光学系统、激光光学系统完成高效率设计。复合探测光学系统的9.7μm红外波段透过率由原来的61.1%提高到66.3%，系统1.064μm的激光的透过率由原来的62.9%提高到72.7%，且折射式系统不会对中心优质光束进行遮挡。经模拟，激光光学系统、红外光学系统的弥散斑直径分别为17μm、22μm，均小于阵列探测器的面元尺寸，有助于消除串扰，提高整体效率。