为了提高开放型回归器件在808 nm波长处的反射性能,分析了玻璃微珠折射率对定向回归反射的影响。利用光学仿真软件TracePro对具有3种不同折射率(1.93、2.00和2.20)的回归反射器件结构单元(玻璃微珠)的回归反射性能进行模拟分析,得到了光线垂直入射时采用普通基底的传统开放型回归器件结构单元的理论反射率仅为23.6%,采用高反射基底时,理论最高反射率可达98.1%,回归器件的反光性能提高了3倍。在808 nm波长处制备了反射率为99.3%的高反射光学薄膜,并在镀有此高反射光学薄膜的基底上制备了高反射回归器件。分别对使用两种基底的回归器件进行测试,结果表明,在高反射基底上使用折射率为1.93的玻璃微珠制成的回归器件具有最佳的回归反射率,光线垂直入射时的回归反射率可达46.2%。

针对反射光相对强度在回归反射系数估算及逆反射材料设计中的重要作用,基于光线追踪原理跟踪计算光在立方角锥结构中的传输过程及反射、折射时光传输方向、光矢量偏振化方向及光能量损失,编写不同入射角、方位角及偏振状态下逆反射光强的数值计算程序.以聚碳酸酯材料为实例计算自然光照射下逆反射相对光强分布.结果表明,逆反射光强受光的入射方向影响显著.若入射角在小于25.5°的范围内,反射光相对光强较大且近似保持为0.899的定值.超过上述范围时,反射光强单调减小,且显著受方位角的影响.

从理论上分析了玻璃微珠定向回归反射原理，利用近轴光线球面折射理论分析了玻璃微珠实现回归反射的折射率，并结合实际使用情况，在最大可能增加回归反射的基础上，讨论了入射光线到主光轴的距离与回归光线和入射光线夹角之间的关系，从而确定出了实现最大反射时玻璃微珠的折射率范围为1.80~1.95，研究结果对回归反射标志牌的开发具有重要的理论意义。

基于二次彩虹法用三种不同波长(632.8 nm、532 nm、404 nm)的激光测量了玻璃微珠的折射率，并由柯西色散公式拟合得到三种典型高折射率玻璃微珠1.90、1.93和2.2的色散方程,得出现行的玻璃微珠具有正常色散但色散较大的结论.通过分析在不同入射角情况下，色散对玻璃微珠回归反射性能的影响，得出折射率1.90和1.93的玻璃微珠具有优良的回归反射性能.此外，用光线追迹模拟了色散对回归反射后光能量在近轴区域分布的影响，折射率1.90和1.93的玻璃微珠回归反射光线的能量主要集中在5°范围内.

提出一种回归反射面材的新结构,以梯度折射率微球代替传统的超高折射率匀质玻璃微球.利用四阶Runge-Kutta方法进行光线追迹的理论计算,确定了制作新型回归反射面材的工艺参数.结果表明,按此条件制作回归反射面材可大幅度降低原先对折射率的过高要求,并显著提高回归反射的性能.