绝缘体中的金属纳米颗粒由于其表面等离子体共振吸收性质、非线性光学性质和局域场增强效应在超快响应光开关器件、吸波器件、隐身材料等方面有着广泛的应用。在绝缘体衬底中金属纳米颗粒的制备，常采用金属离子注入和随后高能粒子辐照或高温退火的方法，这一方法存在的问题主要是，所形成的金属颗粒尺寸离散较大(从几纳米到几十纳米的范围内)使这类材料的应用受到了限制。本课题组过去的研究表明，惰性气体离子注入的某些材料中所形成的纳米气泡或空腔的尺寸分布较均一，且纳米空腔具有吸附金属离子的性质。在此基础上我们提出：首先利用惰性气体离子注入在材料中形成尺寸分散很小的纳米空腔埋层，然后在样品表面镀金属膜，再尝试通过高温扩散和离子辐照的方法使金属原子进入到材料内部并能够被纳米空腔吸附形成颗粒尺寸分散小的纳米颗粒。我们采用三个实验方案尝试制备尺寸分散小的Au纳米颗粒/蓝宝石复合材料，具体实验方案如下：　　 实验方案一：首先不同能量和剂量的Ar离子注入到蓝宝石样品，然后在已注入Ar离子的样品表面溅射沉积不同厚度的Au膜，最后对镀Au样品进行退火处理。　　 实验方案二：首先在样品表面溅射沉积30nm厚度的Au膜，随后利用Ar离子辐照镀Au样品，最后对Ar离子辐照的样品进行退火处理。　　 实验方案三：首先不同能量和剂量的Ar离子注入到蓝宝石样品，然后在已注入Ar离子的样品表面溅射沉积30nm厚度的Au膜，对注Ar镀金的样品再用Ar离子束辐照，最后对Ar离子辐照后的样品进行退火处理。　　 实验方案一的结果表明预注入Ar离子利于Au纳米颗粒的形成，但形成的Au纳米颗粒主要位于样品表面，而扩散到样品内的Au浓度较低难于在样品内聚集形成Au纳米颗粒。为使Au进入蓝宝石样品内，同时减少样品表面Au聚集形成颗粒的影响，在“方案一”的实验结果基础上我们提出实验方案二和方案三。采用离子束附加辐照的方法使Au原子进入蓝宝石样品内，在样品内形成了尺寸分散很小的Au纳米颗粒。实验方案二和三的结果表明，预注入Ar离子和空气气氛的退火利于颗粒的形成，在表面位于(1010)晶面的样品内Au纳米颗粒体积分数高于表面位于(1120)晶面样品。　　 利用紫外-可见吸收光谱、卢瑟福背散射分析、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等分析方法对三种实验方案的样品进行了结构表征，并讨论了Ar离子注入条件、镀金厚度、样品的表面取向以及退火条件对Au纳米颗粒形成的影响。　　 基于Mie、Maxwell-Garnett和Bruggeman理论对Au纳米颗粒/蓝宝石复合材料的光吸收性质进行了模拟计算。Maxwell-Garnett理论计算的结果与实验结果可以定性符合，并依据Maxwell-Garnett理论对Au纳米颗粒的SPR吸收峰的峰位移动和强度变化进行了解释。　　 此外，本论文工作还研究了预注入Ar离子沉积Au膜前的蓝宝石样品，在Ar离子注入及退火前后光学性能(发光和吸收)变化。蓝宝石样品光学性能的变化不仅与Ar离子注入能量和注入剂量有关，还与退火气氛、温度以及样品的表面取向有关，发现了Ar离子注入后的蓝宝石样品在506nm处的发光峰，在退火后有发光增强现象，且增强程度在1个量级以上，分析认为该发光峰与间隙Ar原子缺陷的形成有关，进一步讨论了该发光峰的退火增强现象的机理。