利用等效介质理论计算出区熔硅微纳米结构的几何尺寸，然后在有限元模拟的基础上建立了光学模型。研究了在长波红外（8~12 μm）范围内的抗反射效果，并分别分析了表面形貌和结构特征尺寸对透射率的影响。通过自由基等离子源刻蚀技术和低能量离子束刻蚀技术联合制备的方式，在硅表面形成了具有抗反射自清洁功能的微纳米复合结构。测得其透射率为78%，静态接触角为125.77°，并对所得结构进一步分析，实验结果表明：在长波红外范围微纳米复合结构的抗反射性能优于仅存在单一微米结构时，且纳米级别的微结构对红外波段减反射作用并不明显，微米结构是提升硅材料表面长波红外范围透射率的主要因素；具有微纳复合结构的材料表面张力大于单一微/纳米结构，与理论模拟结果一致，表明微纳米结构的存在能够有效改善硅表面的疏水能力。

使用实验室自主研发的等离子抛光与刻蚀系统，研究了不同入射能量下不锈钢杂质辅助Ar⁺离子束刻蚀蓝宝石表面自组织纳米结构的形成机制。采用Taylor Surf CCI2000非接触式表面测量仪和原子力显微镜分别对刻蚀后蓝宝石样品的粗糙度、纳米结构的纵向高度和表面形貌进行了分析。研究表明：引入不锈钢杂质后，当离子束入射角度为65°、束流密度为487 μA/cm²、刻蚀时间为60 min、离子束入射能量为1 000 eV时，蓝宝石样品表面出现了纵向高度为11.1 nm高度有序的条纹状纳米结构；随着入射能量的增加，表面开始出现岛状纳米结构；当入射能量为1 200 eV时，形成了岛状与条纹状相结合的纳米结构，其纵向高度为13.6 nm；入射能量继续增加，蓝宝石表面岛状结构密度变大；当入射能量达1 400 eV时，样品表面岛状结构的纵向高 度为18.8 nm；入射能量为1 600 eV时，样品表面出现较为有序且密集的岛状结构，其纵向高度为20.1 nm。自组织纳米结构先是以“条纹”形状出现，随着入射能量的增加，引入的金属杂质打破了在离子束溅射过程中表面生长机制和表面平滑机制的平衡状态，形成了岛状结构，该结构促进了纳米结构的生长，改变了纳米结构的有序性。

使用微波回旋共振离子源刻蚀蓝宝石（C向）表面，引入金属不锈钢杂质，研究了不同靶距处蓝宝石表面自组织纳米结构的演化规律及光学性能。采用原子力显微镜来观察样品表面的形貌变化，Taylor Surf CCI 2000白光干涉表面测量仪测量蓝宝石样片表面的粗糙度；选择X射线光电子能谱对样品表面的化学成分进行了表征。实验结果表明：当离子束能量为1000 eV，束流密度为487 μA/cm²，入射角度为65°，刻蚀时间为60 min，蓝宝石样片与杂质靶距离从1 cm增加到4 cm时，样片表面出现岛状结构并逐渐演变为连续的条纹结构。同时，自组织纳米结构随靶距增加，有序性增加，纵向高度逐渐减小，空间频率基本不变。刻蚀后样品表面的金属杂质残留很少，微结构的形成对蓝宝石具有增透作用。在离子束溅射过程中，岛状结构的出现促进了样品表面条纹纳米结构的生长，破坏了纳米结构的有序性。