纳米结构材料表现的奇妙特性，以及它们在光、电、磁和生物化学等各个领域展现的非凡应用前景，激励着人们对这一神奇的领域进行更加深入地研究。本论文主要针对其中的Si量子点的尺寸调控和发光进行理论和实验上的研究；另外，还研究了蓝宝石光学特性和机械特性的调控以及新型偶氮化合物薄膜的三阶光学非线性效应研究。获得以下结果： 1．系统研究了离子溅射Si(100)表面得到的量子点尺寸、样品表面粗糙度和离子束束流密度之间的关系，以及束流密度为380μA／cm2的溅射条件下，溅射后样品表面粗糙度和样品表面温度间的变化关系。上述实验结果说明，在低束流密度离子束溅射过程中，Si(100)表面量子点结构的形成过程主要是Ehrlich-Schwoebel(ES)理论表述的机制，而不是通常认为的Bradley-Harper(BH)机制。 2．在用只含BH模型的KS方程模拟大束流密度溅射过程时，发现应该考虑重沉积效应。在加入反映重沉积效应的抑制项后，新KS方程模拟出的结果和实验结果完全相符。 3．分别研究了离子束对生长在Si(100)面上的Ge量子点和在Si(100)面上的Si量子点的修饰作用。我们发现修饰Ge量子点的最后结果和束流密度无关，而对于Si量子点，修饰结果与束流密度和初始形貌密切关系。 4．研究了Si量子点发光。发现随着Si量子点尺寸的减小，它们的荧光光谱发生蓝移。我们初步认为这是由于在Si量子点的纵向发生量子限域效应的结果。 5．利用一种新的掺杂方法，即非稳态辐射增强扩散，对用于导弹窗材料----蓝宝石单晶氧化铝进行表层金属n掺杂。结果表明在有效掺杂范围内，经过掺杂后的A1203(0001)，其光透射率(波长范围450-3500nm)维持在原来的88％以上，而硬度最大可提高~3倍，同时扬氏模量可提高~1倍。 6．利用Z-scan的方法研究了新型偶氮化合物薄膜的三阶光学非线性效应。得到的非线性折射率为3．7×10-6cm2／W，这比通常的无机非线性材料大8个量级以上。