对于反射镜式光学遥感相机,光学系统的主反射镜往往是光学系统中口径最大,技术最难、周期最长,成本最高的一块非球面反射镜,所以在研制和探索非球面反射镜的新材料、新工艺的过程中,高精度、低成本、性能优良、能够快速制造的材料是反射镜发展的必然趋势。单晶硅具有较小的密度和线胀系数、极高的均质性、高导热性等优异的力学及热学性能,同时单晶硅非球面反射镜的加工周期和成本相对其他常用的陶瓷、玻璃和金属反射镜而言都更具优势,是一种非常理想的中小口径反射镜材料。国内对于应用于光学成像领域的硅基非球面反射镜的研制和应用还处于起步阶段,鉴于当前国内在该领域研究的不足,本文围绕单晶硅反射镜的设计及制造这一主题展开了深入的研究。本文研究的硅基体非球面反射镜的设计与制造技术,以单晶硅材料为研究对象,论述了硅基反射镜的性能及连接方法,对某一φ200mm口径的单晶硅反射镜进行了系统的优化设计,研制了一种能够适应大跨度温度范围的柔性支撑结构,研究了反射镜的单点金刚石加工技术,并对加工过程存在的问题提出了有效的解决措施,最后对硅基体非球面反射镜开展了一系列的试验研究。具体主要包括五个方面的研究内容。（1）详细阐述了反射镜材料性能的评价方法,计算各常用反射镜材料的综合评价结果,论述了硅基非球面反射镜在中小口径反射镜领域应用的优势。针对单晶硅的脆硬特征,开展了对单晶硅材料性能的实验研究,确定了单晶硅反射镜设计及优化过程的强度校核标准,对单晶硅反射镜热特性进行了试验研究,验证了单晶硅具有较好的温度保持和温度稳定特性。（2）针对反射镜的加工方式,提出了一种适用于单晶硅材质的反射镜的轻量化设计结构,并研究了不同的轻量化曲线对面形精度的影响,在此基础上,初步确定了反射镜的轻量化方案,然后利用代理模型方法构建了训练样本以及支持向量机回归模型,利用matlab软件编制了相关的优化算法,对初步确定的反射镜的轻量化方案的结构参数进行了迭代优化,优化后的反射镜重量为0.564kg,两个方向的面形RMS值分别0.54nm和2.6nm。（3）对传统的反射镜连接结构进行了的温度适应性的分析和计算,结果显示传统结构无法适应较大的宽温范围。为了解决反射镜的温度适应性问题,研究了胶层对面形精度的影响,确定了反射镜的胶层厚度,根据受热收缩机构原理,提出了一种反射镜无热化连接结构,并对结构的几何参数进行了推导,最终的无热化连接结构在温降50℃工况下,反射镜的面形RMS变化为4.25nm,本文提出的无热化连接技术具有很好的宽温范围热适应性。（4）根据反射镜的精确定位原理,建立了反射镜支撑结构的理论模型,反射镜支撑结构选择Bipod形式,依据结构空间确定了支撑结构的几何参数,对初始结构进行了优化设计;首先对优化变量进行了敏感度分析,筛选出了对目标函数影响较大的参数,然后利用Isight软件,联合patran、nastran、matlab等软件对变量进行了自动化迭代优化,最后对优化结果进行了圆整,并进行了有限元分析复核,在13中工况下,反射镜的面形RMS值均小于12nm,在X和Z两个方向的位移均小于0.02mm,转角均小于10″。在优化结果基础上,对反射镜组件开展了动力学分析及试验研究,研究内容主要包括模态、正弦响应、随机响应以及过载响应四个方面,通过计算和试验研究,证明了本文的反射镜组件具有较好的力学特性,能够抵御外界激励而不发生结构破坏。（5）开展了硅基非球面反射镜的研究和制造工作。分析了反射镜制造过程中单点金刚石车削（SPDT）精度的影响因素,在实际加工中控制环境因素、刀具以及离心力等因素对面形精度的影响;根据一般光学反射镜制造的工艺流程以及SPDT技术特点,制定了硅基非球面反射镜研制的工艺路线,获得了面形精度RMS为λ/50（λ=632.8nm）的单晶硅非球面反射镜,对硅反射镜的光学性能研究表明,残留在反射镜表面的车刀纹形成的中高频表面误差对成像质量有较大的影响;针对硅反射镜的表面缺陷,采用磁流变抛光技术实现了硅反射镜的表面质量的改善,表面粗糙度Ra由5.2nm提升到1.1nm,并且明显的去除了车刀纹,通过成像试验的对比发现,表面质量改善后的硅反射镜光学性能得到了明显的提升。硅基非球面反射镜的研制和试验的成功,为中小口径反射镜的快速制造和应用提供了新的思路,具备较高的推广价值。