连续变焦激光束整形系统是激光束整形技术的发展趋势,相比于先整形后变焦方式,具有体积紧凑、成本低、适用范围广等优点。根据激光应用领域需求,本文研究连续变焦激光束整形系统。基于连续变焦激光束整形系统的研究现状,指出现有方案存在能量均匀性低、光束非准直出射以及激光束聚焦引起光学元件损伤等缺点,设计并研制基于非球面透镜的新型连续变焦激光束整形系统,采用“负-正-负”结构形式的变焦整形组和正光焦度的补偿组,同时实现连续变焦扩束和激光束能量匀化,出射光束为尺寸连续可调的均匀分布平行光束。首先,研究连续变焦激光束整形系统的初始结构求解方法,优化设计得到满足指标要求的光学系统,评价系统波前质量和出射光束能量均匀性,并根据运动部件位移设计出相应的凸轮曲线。然后,从理论推导和软件仿真两个方面分析激光参数偏离对光学系统性能的影响,给出相应解决方法。此外,以波前误差和能量均匀性为评价指标,兼顾系统性能和工艺水平,优化得到合理的公差分配结果。最后,根据光学设计结果设计机械结构,研制光学系统,实验验证系统性能。设计的连续变焦激光束整形系统适用于能量呈高斯或类高斯分布的准直激光束,激光波长为1064nm,均匀分布尺寸调节范围为18～54mm,原理样机三维尺寸为φ1OOmm×176.35mm。系统结构简单,体积紧凑,同时具备能量均匀分布、尺寸连续可调、光束平行出射等特点,满足激光加工、显微光刻以及生物医学等领域的应用需求。