基于单壁碳纳米管可饱和吸收体（SWCNTs-SA）的被动锁模激光器具有结构简单、输出脉冲极窄、自启动性能好、光束质量高等优点，在光通信、光纤传感、生物技术、物理技术、微加工等方面具有潜在的应用前景。本文基于SWCNTs的非线性光学特性及其在被动锁模光纤激光器实验，作了以下几个方面的论述与研究：1.单壁碳纳米管的结构及其特性介绍。描述了SWCNTs的管径大小、浓度，以及功能材料等因素对SWCNTs-SA薄膜光学特性的影响，说明薄膜在其线性吸收峰附近容易实现锁模运转；介绍了SWCNTs的三阶非线性光学系数与可饱和吸收效应之间的关系，以及可饱和吸收体对光脉冲的窄化作用。2. Z-扫描系统的理论分析及其模拟。介绍了测量光学薄膜非线性系数的Z-扫描技术的理论模型，并通过数学分析和模拟，提出提高Z-扫描系统测量准确度的方法——减小光源光束脉宽和束腰半径、增大光源的输出能量、减小光阑的线性透过率，以及合理选取透镜焦点距光阑的距离。3.基于SWCNTs-SA的Z-扫描实验研究。在玻璃硅片上自制均匀性较好的SWCNTs-SA薄膜，并依据提高测量准确度的方法搭建Z-扫描系统，对测得的闭孔和开孔Z-扫描曲线分别进行数据拟合，得到自制SWCNTs-SA薄膜的三阶非线性吸收系数和折射系数分别为β=^-7.8×10^-7cm/W，γ=-6.4×10^-11cm2/W，三阶非线性极化率χ³=2.06×10^-9esu，说明用自制的SWCNTs分散液制备的SWCNTs-SA薄膜具有很好的可饱和吸收效应。4.锁模理论及其光脉冲传输方程的建立与模拟。分析了激光光束实现锁模的条件和基本过程；根据非线性薛定谔方程建立简单的光束传输方程，并模拟了光束在激光腔中形成锁模的演化过程。5.基于SWCNTs-SA的被动锁模实验研究。利用光学沉积法在单模光纤端面镀上SWCNTs-SA薄膜，当镀膜后光纤的损耗为3.2dB时，激光器在1562.4nm处实现稳定的单波长锁模运转，频率为8.367MHz；当镀膜光纤损耗为7.1dB时，激光器在1545.36nm处实现稳定的单波长锁模运转，频率为8.369MHz；当镀膜后光纤的损耗为4.9dB时，激光器在锁模状态下，通过调整偏振控制器可实现锁模中心波长在1562nm和1546nm附近之间相互切换，频率为8.365MHz，并在波长切换的过程中出现不稳定的谐波锁模状态。