飞行光学加工系统是采用移动光束进行大范围的激光加工，与光束固定的导光系统相比，飞行光学加工系统更具有灵活性，被广泛应用在二维和三维激光加工中。
在光束固定或小范围扫描时，焦斑的大小和位置的变化可能会影响加工质量，可采用前面介绍的平场透镜加以补偿。但在加工超大超重的大工件时，光学聚焦系统会沿激光轴进行长距离移动（可达数米乃至十余米），或进行激光打靶的远距离聚焦时，激光束引起的大气湍流、聚焦镜移动等，使激光束的光斑位置、实际的焦距、焦斑、焦深发生很大变化，即使聚焦镜的位置不变。由于谐振腔的热效应等因素，也会使焦距等参数发生变化。由于大功率激光多为多模状态工作，在加工范围很大时，必须考虑多模激光束在不同加工位置处聚焦焦点位置的偏移和大小的变化，需要对激光束进行光学变换。
目前光束在不同加工位置处焦点位置变化时补偿的方法有三种：一是用变焦法调整焦点位置；二是采用变形镜；三是采用等光程法。用变焦法调整焦点位置是采用倒置伽利略望远系统进行光学变换，将激光束腰位置变换到加工位置的中心。通过调节倒置望远系统的物镜和目镜的距离，来调节光束变换后的束腰位置，调节量越大，光東東腰位置离望远系统的距离越远。望远系统对光束束腰位置的变换距离同光束衍射倍率因子价值的平方成反比，所以光束质量越差的光束，越不易被变换。大范围的激光加工，要求激光東的光束质量好，本是任意激光束都适合采用飞行光学加工系统进行大范围激光加工的。光束质量越好，有效加工范围就越大。
还可采用自适应变形反射镜组合技术和抛物而形聚焦镜为主体的“飞行光学”自适应激光聚焦特性系统进行光学变换。透镜固定不变。两个自适应压力变形镜与聚焦镜组成可移动的加工头，可以在激光轴方向大范围移动。
对飞行光東聚焦特性进行自适应调控。加工头在1~10m的范围内移动时，位移传感器将加工头的位置信号传给计算机，计算机监控系统和压力控制系统自动改变压力变形镜的曲率半径，实现对实际焦斑和焦距的控制。该系统能实现对激光束质量和聚焦特性进行自适应调控，达到使光東参数和聚焦特性控制在误差范围内变化不大，提高了激光加工的质量和稳定性。
