金属颗粒掺杂型复合涂层是重要的航天器热控材料，除了粒子材料、尺寸、体积分数、几何形貌、涂层厚度等常规调控手段，颗粒的取向也是影响涂层辐射特性的重要因素。颗粒取向可以通过改变工艺参数或使用定向剂控制，然而目前关于颗粒整体取向对涂层吸收发射比的影响规律尚不清晰，而且现有的采用二流法的研究中大多都将散射假定为各向同性。以热控涂层中常用的大尺寸铝片粒子掺杂型复合涂层为计算模型，采用考虑衍射的几何光学方法和考虑各向异性散射的二流法研究了铝片取向角对热控涂层吸收发射比的调控规律，同时考虑了铝片体积分数和涂层厚度等因素。结果表明：通过调节粒子取向可实现涂层吸收发射比在0.48~1.69范围内的调控。涂层平均吸收率和平均发射率在铝片取向角超过45°时明显增大。涂层吸收发射比在铝片取向角45°附近最小，并且随铝片体积分数的增大而减小。研究表明：通过控制粒子的整体取向可有效实现吸收发射比的调控，为热控涂层的设计和调控提供了新的思路。

微棱镜型反光膜要求有一定的观测角，而正角锥反光膜存在大观测角亮度低的问题。解决该问题较为有效的方法是改变角锥棱镜的二面角偏差，同时叠加微透镜的结构。基于几何光学原理，理论分析了二面角偏差和透镜曲率半径对发散角的影响。针对不同角锥棱镜叠加微透镜组合结构，利用光学仿真软件，分析了微透镜的曲率半径和二面角偏差对光线发散性的影响。结果表明，随着二面角偏差的增大，偏转角线性增加；微透镜的曲率半径越小，发散角越大；使用微透镜叠加二面角偏差的角锥棱镜能实现光线非均匀发散，尤其是凹透镜+负二面角偏差角锥棱镜，或者凸透镜+正二面角偏差角锥棱镜的组合方式，可以实现光线从中心到外部连续的的非均匀发散。该研究结果可用于微棱镜反光膜的结构设计和优化。

采用矩阵光学理论分析三组元可调光焦度器件的变焦系统的一阶属性，得到了基于系统放大率的光焦度控制方程。结合三组元系统初始参数并以系统球差最小为目标，对其进行了初始结构设计，得到了透镜形状参数的控制函数，然后进行光焦度和像质评价验证计算，最后对设计实例进行了归化对比验证。验证结果表明：对球差最小优化值的求解可信，设计方法为采用可调光焦度器件设计变焦系统提供了参考。