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%。

利用单色平行光照射玻璃微珠,入射光在玻璃微珠内经过一次或多次内反射后出射光在最小偏向角会形成彩虹条纹。基于几何光学理论,根据最小偏向角的大小计算玻璃微珠的折射率。为了实现其快速测量,采用参数递推公式计算Otsu法的最佳阈值,并用改进的Otsu法对彩虹图进行了有效的阈值分割。提出了一种能快速有效判断彩虹条纹边缘的方法,并用该方法自动测量了彩虹条纹最外环边缘半径,从而实现了最小偏向角的快速计算。此外,对玻璃微珠折射率测量过程中的不确定度进行了计算,对不同型号的玻璃微珠,折射率的不确定度在10-4数量级,验证了上述方法的正确性。

为研究适用于高温环境下微珠结构激光合作目标的反射性能，根据微珠结构激光合作目标的回归反射理论，设计和建立了用于测量微珠结构激光合作目标反射性能的实验系统。该系统使用激光波长为532 nm，激光发散角为1.2 mrad，最大输出功率为300 mW 的半导体抽运全固态激光器作为激光发射装置，使用海洋公司的USB2000+型光纤光谱仪作为回波信号的接收装置。通过改变激光器的输出功率、测量距离等实验条件，对微珠结构激光合作目标和碳纤维板基底的反射性能进行了实验测量，并对所测量的实验结果进行了数据分析，为深入研究微珠结构的激光合作目标提供了测量方法和数据参考。

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。

对单色平行光照明玻璃微珠产生的散射光强分布，采用Debye理论对其分析时发现位于球形粒子左侧的探测器上接收到的k阶彩虹光强分布主要由衍射光、直接反射光和k次内反射光的相互叠加形成，而位于球形粒子右侧的探测器上接收到的k阶彩虹光强分布主要是衍射光、直接透射光和k次内反射光的叠加形成；当入射光波长一定时，玻璃微珠的折射率大小将影响散射光强分布中的最小偏向角在探测器上的位置，而玻璃微珠直径不影响最小偏向角位置，但影响散射光强的周期。实验分析了折射率和半径对最小偏向角附近一次彩虹和二次彩虹散射光强分布的影响，并与几何方法进行了比较，结果与运用Debye理论数值模拟结果相吻合。这说明提出的假设具有合理性，因此光经玻璃微珠散射形成的最小偏向角可用于其折射率的测量。

基于几何光学原理,彩虹法使用激光作为光源,利用激光在玻璃微珠中进行一次或者多次内反射后出射形成最小偏向角,在最小偏向角附近形成彩虹条纹,通过测量彩虹条纹来反演计算玻璃微珠的折射率。然而,成像法则根据厚透镜的成像原理,对玻璃微珠所成的像经过显微物镜放大后使用CCD相机进行接收,获得玻璃微珠的焦距,进而测得对应玻璃微珠的折射率。较传统方法来说,彩虹法和成像法具有安全、简便和快捷的优点。对型号不同的玻璃微珠,分别使用彩虹法和成像法测量其折射率,并对它们的测量结果进行了对比分析,都获得相对于名义值的误差小于1%的结果。

为了测试一种玻璃微珠原向反射屏的发散角, 采用CMOS高速相机拍摄玻璃微珠原向反射屏反射回来的激光光束在硫酸纸屏上成像的激光光斑, 处理光斑图像, 根据一定的几何比例关系, 计算得到了原向反射屏的发散角角度, 其范围为0.907°~0.956°。结果表明, 该测试方法设计合理、数据可信, 具有一定实用价值。

为了实现空间遥感器反射镜无热装配, 对反射镜粘接镶嵌件时胶层厚度的计算及控制胶粘厚度的方法进行了研究。首先介绍了工程中常用的计算反射镜无热装配胶层厚度的方法及胶层厚度控制工艺, 主要描述了工装保证法、精密测量法和工装测量结合法, 给出了各种方法的优缺点及局限性。针对目前胶粘工艺控制胶层厚度存在的问题, 提出采用具有不同直径规格的空心玻璃微珠来控制胶层厚度的方法。拉伸试验验证了添加了空心玻璃微珠的光学环氧胶比纯光学环氧胶的力学性能提升了20%; 利用平面反射镜粘接镶嵌件的试验表明, 依靠填充空心玻璃微珠保证胶层厚度的胶粘工艺方法能够保持反射镜面形值, 同时证明了胶层计算方法可以应用于空心玻璃珠的直径选择。提出的胶层厚度计算方法及玻璃微珠胶粘工艺可以实现反射镜无热装配, 目前已应用于某在研项目。

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.

提出了玻璃微珠原向反射屏的剩余发散角概念和测试方法：将激光光束投射到原向反射屏，其反射回的激光光束成像到硫酸纸(接收屏)上。利用相机拍摄不同距离下原向反射屏的成像光斑，得到光斑的图像数据；并处理相应图像数据，计算出剩余发散角。通过实验测得所用的玻璃微珠原向反射屏的剩余发散角为0.447 8°。