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镶嵌有金属纳米颗粒的绝缘体复合材料因具有优异的光学性质而在各种光电子器件领域有着重要的应用前景。离子注入与辐照并结合后续的热处理是制备这类复合材料的重要手段。本论文围绕无定形Si O2基体中金属纳米颗粒的离子束合成、改性及其光学特性开展了相应的实验与理论研究,研究的主要内容及所取得的重要结果如下:（1）首先利用45 keV、5.0×1016 ions/cm2的Ag离子注入至SiO2以合成Ag纳米颗粒,然后采用500 keV、2.0×1016 ions/cm2的Xe离子对Ag纳米颗粒进行后续辐照。结果表明,Xe离子辐照将导致大量多晶Ag纳米颗粒的形成;合成的多晶Ag纳米颗粒在表面等离子共振（SPR）吸收峰（400 nm）右侧约550 nm处产生一个很强的宽吸收带,根据Mie理论与Maxwell-Garnett理论,该宽吸收带的产生可归因于多晶化导致的电子平均自由程减小与子晶间相互作用的产生;N2气氛下400°C 1h退火能够引起Ag纳米颗粒的再结晶化,从而在基底中形成单层分布的、较大的Ag纳米颗粒,因而退火样品在400 nm处产生非常窄的SPR吸收峰。（2）采用45 keV、1.0×1017 ions/cm2的Cu离子注入SiO2中合成了Cu纳米颗粒,在此基础上进一步利用50 keV的Zn离子对Cu纳米颗粒进行后续辐照,辐照剂量分别为0.5×1016、1.0×1016、5.0×1016和10.0×1016 ions/cm2。结果表明,1.0×1016 ions/cm2的Zn离子辐照可以改善Cu纳米颗粒周围的介电环境,从而可以显著地增强Cu纳米颗粒的SPR吸收峰;而在中等剂量的Zn离子后续辐照则会导致CuZn纳米合金颗粒的形成,该合金纳米颗粒的形成导致了一个不同于Cu纳米颗粒的SPR吸收峰。经后续N2气氛的热处理,CuZn合金纳米颗粒会随退火温度的升高而呈现出先合金化再去合金化的一个完整过程,相对应的SPR峰会在较宽的波长范围内移动;当继续增加Zn的辐照剂量时,由于严重的溅射效应,Cu纳米颗粒将逐渐消失。（3）将60 keV的Zn离子和45 keV的Cu离子顺次注入SiO2基底中,Zn离子的注入剂量分别为1.0×1016和1.0×1017 ions/cm2,Cu离子的注入剂量为5.0×1016 ions/cm2。在低剂量的Zn离子注入情况下,Si O2中形成了双层分布的Cu纳米颗粒,该纳米颗粒在572 nm波长处产生了一个很强的SPR吸收峰;在高剂量的Zn离子注入情况下,SiO2中形成了Cu/Cu–Zn核/壳结构的纳米颗粒,该纳米颗粒在528 nm附近产生了一个很宽的SPR吸收带。此外,与单Cu注入样品进行比较,Zn和Cu顺序注入样品中合成的纳米颗粒呈现出较高的体积分数和比较均匀的尺寸与空间分布,所以,双注入样品表现出增强的三阶非线性光学效应。（4）通过Maxwell-Garnett理论详细研究了镶嵌于Si O2基底中空心Al纳米颗粒的三阶非线性光学特性。模拟计算结果表明,通过调节Al纳米壳壁的厚度,Al纳米颗粒的SPR可以在紫外区域极大地增强纳米复合材料的三阶非线性折射率n2eff与光吸收系数βeff。此外,随着Al纳米壳厚度的减小,纳米复合材料的最强非线性折射率逐渐偏离SPR吸收波长的位置,该偏离现象可归因于纳米壳变薄所导致的电子散射增强效应。