宽带隙材料具有独特的物理化学性质,在功率电子器件、光学透镜、微波功率器件、机电耦合系统等领域具有广泛应用前景,是开发新一代国防军事、电子通讯、量子技术、医疗健康技术不可或缺的重要材料。宽禁带材料与传统的金属和窄带隙半导体材料（如:硅材料及大部分二维半导体材料）比较,其表面也往往缺乏足够的自由载流子,表现出很大程度的化学惰性,这给利用传统技术手段进行材料表面的加工、改性及结构制作带来了一定的困难,严重制约了材料应用领域的拓展。本论文以光学技术为主线,选取几种常见的宽带隙材料（氧化锌、聚二甲基硅氧烷、金刚石）为研究对象,结合材料的缺陷结构和能带结构特征,通过研究光与材料之间的相互作用机制（如:光吸收、电子转移）,结合前沿研究测试方法、有限元仿真、第一性原理模拟,围绕表界面结构的可控制备,对材料表界面特性及改性技术开展了系统深入的探索研究,取得了一些原创性的研究成果。论文首次发现了氧化锌（ZnO）快速光致动态润湿性可逆转变,并结合第一性原理及表面结构分析给出了基于羟基基团吸附的解释;利用纳秒激光技术,结合非线性吸收效应,在聚二甲基硅氧烷（PDMS）上制备了高度稳定的超疏水微纳米仿生结构,实现了高效水收集和油水分离应用;利用飞秒瞬态光谱研究了金/金刚石（Au/diamond）异质界面的热电子转移,并探索了其表面润湿性转变和磁性探测应用。本论文主要研究内容和结论如下所述:第一章,详细介绍了本论文的研究背景。包括介绍了材料表界面研究历史和特性;对光与材料之间的相互作用包括光（非线性）吸收、基于等离激元热电子转移的理论基础和应用进行了概述;对表面加工改性技术做了简要介绍;对材料润湿性研究历史、原理、影响润湿性的因素和应用进行了详细综述。第二章,基于材料表界面特性,不同极性面表面电荷态不同,我们选取典型的极性材料ZnO作为研究对象,对不同极性面光诱导润湿性调控进行了研究。研究发现不同极性面上具有不同的润湿性转变速度,ZnO的锌极性面在10秒内发生从68.0°到4.1°的动态润湿性转变,氧极性面在10秒内从60.0°变为36.4°;基于1064 nm红外激光辐照使亲水表面的羟基和水分子发生谐振作用导致润湿性快速恢复机制,实现了光对极性ZnO表面润湿性的无接触、快速可逆远程调控。我们对润湿性转变机制进行了 XPS成分表征,发现紫外光辐照后表面羟基含量变多;结合表面分子修饰技术证实表面羟基含量是影响润湿性转变的因素。在此基础上基于第一性原理模拟了 ZnO的锌极性面和氧极性面对羟基和氢的吸附能力,分析出了紫外辐照下羟基的瞬时形成是造成快速动态润湿性转变的原因。第三章,为了提高表面载流子,增加光学吸收,实现光子学加工,我们选取PDMS作为研究对象,对1064 nm纳秒激光加工PDMS及高效液体操控特性进行了研究。首先应用有限元仿真模拟了 PDMS表面微透镜阵列结构对光子的聚焦作用,发现表面为微透镜结构的周围电场强度增强了。实验上,在PDMS表面制备了微透镜结构,结合PDMS表面微透镜结构对光的聚焦作用产生的非线性吸收效应利用纳秒激光器实现了 PDMS表面加工。激光加工后形成的微纳米PDMS结构具有接触角高达158°的超疏水性和低至4°的滚转角特性,展现出高效油水分离和水收集应用。第四章,为了进一步实现对表面电荷态的调控,我们结合热电子注入机制研究了金刚石NV色心与金等离激元之间的电荷转移情况。首先利用溅射退火法制备了金/金刚石结构。通过荧光光谱发现金/金刚石比金刚石样品荧光强度增加了 8倍。为了研究金刚石NV色心与金等离激元之间光载流子动力学行为进行了瞬态反射光谱测试,发现金等离激元提高了金刚石NV-色心的受激辐射速度;此外,通过瞬态荧光光谱发现金刚石NV-色心的受激辐射寿命是瞬态荧光寿命的1/10。通过XPS价电子能谱推测金刚石样品表面的能带结构特征,结合界面热电子转移实现了金/金刚石界面电荷态的调控。第五章,对本论文的研究内容进行了总结分析并得出结论。本论文的创新之处在于:本论文主要研究了对宽带隙材料表界面电荷态调控、结构加工改性技术方法。（1）首次发现了 ZnO不同极性面的光致快速动态润湿性可逆转变,并分析了不同极性面快速转变的机制。（2）在PDMS表面制备了具有自聚焦作用的微透镜结构,这种结构增加了电场强度。利用电场增强产生的非线性吸收效应成功制备了超稳定的微纳米超疏水结构。（3）金刚石表面的金等离激元结构提高了金刚石的荧光强度,首次利用飞秒瞬态反射光谱发现金等离激元显著提高了金刚石NV-色心的受激辐射速度。