本发明公开了一种基于非球面镜像差效应的长焦深激光光束均匀化光学系统，所述光学系统包括光束均匀化非球面镜组和长焦深球面准直镜组，其中：所述光束均匀化非球面镜组包括负光焦度弯月凸透镜、第一正光焦度弯月凸透镜、含有非球面的负光焦度弯月凹透镜、负光焦度双凹透镜、第二正光焦度弯月凸透镜；所述长焦深球面准直镜组包括第三正光焦度弯月凸透镜、负光焦度凹透镜、正光焦度凸透镜、负光焦度弯月凹透镜；各透镜在光的传播方向上依次同轴排列。该光学系统能够将高斯光束转换成分布均匀的平顶高斯光束，为强激光损伤测量、激光清洗、激光抛光及激光燃烧诊断提供优质、高效的激光光束，促进这些领域的深入发展。