离子注入因为其多方面优势，在合成纳米复合材料方面占有重要地位。镶嵌在绝缘体中的金属纳米颗粒可用来改性半导体材料的光学特性，从而使其在光学器件方面有重要应用。本论文使用离子注入方法合成了金属纳米颗粒，并研究了金属离子注入ZnO薄膜的结构和光学特性。同时，使用第一原理方法计算了金属离子掺杂的ZnO的电子结构和光学特性。本论文的主要研究内容和结果如下：首先，使用能量为45keV、剂量为1×10¹⁷/cm²的Cu离子注入到Si₃N₄/Si和SiO₂中，研究了Cu离子注入SiO₂的结构特性和光学特性。通过X射线衍射技术分析发现Cu纳米颗粒主要形成了Cu（111）结构。进一步，通过横断面透射电子显微镜发现Cu纳米颗粒的平均尺寸为12.84nm。通过紫外-可见-近红外分光光度计研究发现Cu纳米颗粒在Si₃N₄/Si和SiO₂基底中的表面等离子共振位于565nm和569nm。随着退火温度的增加，表面等离子共振分别红移到了570nm和572nm。同时，研究发现Cu纳米颗粒在Si₃N₄/Si基底上的发光峰位于600nm，其发光量子效率大约为0.001。使用了X光电子能谱研究发现所有的Cu都是以0价形式出现。我们讨论了Cu纳米颗粒的发光机理。其次，分别使用了能量为80keV、剂量为2×10¹⁶/cm²的Au离子和能量45keV、剂量为2×10¹⁶/cm²、6×10¹⁶/cm²和1×10¹⁷/cm²的Ag离子注入到ZnO薄膜中。研究了Au和Ag离子注入到ZnO薄膜的结构和光学特性。研究发现Au离子注入能在ZnO薄膜中形成Au纳米晶，随后观测到了530nm的新发光峰。同时，研究发现所有剂量的Ag离子都在ZnO表面形成了Ag的纳米晶，Ag的注入可以有效的增强ZnO的拉曼信号。对于不同剂量而言，高剂量的效果明显要好于低剂量的效应。在随后的300-700℃退火过程中，发现所有的拉曼信号都增强，但6×10¹⁶/cm²注入剂量的增强效果最佳。而Ag离子的注入并没有显著改变ZnO薄膜的发光强度。结合我们的结果进行了相关的讨论。最后，使用了标准密度泛函理论（GGA-PBE）研究了Sb、Pt、Ag和Au离子掺杂ZnO晶体的几何结构、电子结构和光学特性。研究发现Ag的晶格畸变较小，而Pt的晶格畸变较大。电子结构研究发现，Ag掺杂的ZnO容易在价带顶端形成定域的电子态，而Au的掺杂倾向于形成杂质态。研究发现Ag和Au是一种浅受主，可以辅助增强ZnO的价带电子态。随后的光学跃迁表明Ag和Au离子的掺杂可以有效增强ZnO的介电函数虚部。