给出了基于CO2激光器（中心波长λ1=9.3 μm 和λ2=10.6 μm）的连续可变扩束比激光扩束系统的设计实例。系统镜片全部采用硫系玻璃材料Ge20Sb15Se65，此材料便于模压以降低成本。以经典二组元变焦设计为出发点，在理想光学系统的基本目标参数上加入具体的波长、入射直径和材料等光学参数，利用Zemax软件优化校正像差，设计得到了一种光束准直性好、结构简单且成本低廉的CO2激光器连续可变高扩束比激光扩束系统。此系统最大入射光束直径为6 mm，两中心波长带宽均设计为100 nm，扩束比在2~7之间连续可调，最大波像差小于1/4中心波长。

针对传统的二次非球面折射型激光扩束器存在不易加工、装调困难、体积大、重量大，特别是难以获得高填充比阵列透镜等不足，提出了一种利用衍射型台阶化面型近似二次非球面的激光扩束器方案，结果表明：对于典型的束腰半径为2 mm的高斯光束，衍射型激光扩束器可实现2.8倍的理论扩束比。为了保持扩束过程中激光模式的稳定性，提出了不同区域给定不同台阶数的两类复合结构，解决了扩束过程中保真度和二元衍射元件加工特征尺寸无法同时满足的问题，改进后的系统保真度达95.82%，各区域最小光刻线宽均大于2 μm，能够满足现有光刻加工技术要求。对影响系统保真度主要误差的分析结果表明：离轴误差在-1~1 mm，目镜和物镜倾斜误差分别小于0.1 mm和1.68 mm时，系统保真度仍大于95%，方便装调。

为了用同一台仪器获得不同口径的激光准直光束,设计了一个连续变倍激光扩束系统,系统扩束比可在55~155 之间连续变化,可以得到比传统扩束系统更大的激光光斑,满足对大口径激光束应用的要求。该系统由两级扩束子系统构成,一级折射式无焦变倍扩束系统实现激光光束口径连续变化,变焦系统选用仅有4 片透镜的三组元结构,并采用“正－负－正”的形式,有利于减小系统整体结构尺寸。考虑到可能产生的热形变,对入射光斑较小的变倍移动组的材料进行了分析选择。二级折反射系统实现激光束的高倍率扩束,由球面反射镜取代离轴抛物面镜,用一片弯月透镜补偿像差。由于单透镜折射元件对系统性能影响很大,对其结构形式和材料进行了分析,确定了透镜的厚度与材料。应用光学设计软件CODEV 给出了系统的优化设计,设计结果显示该系统像差得到了很好地校正,成像质量达到衍射极限。最后用Light tools 软件进行三维建模分析,系统准直度与理论设计值相符。