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非线性光学作为现代光学的重要分支之一,主要研究光学非线性的现象及其应用。非线性光学在激光技术、光谱学和材料结构分析等发展中均具有重要意义。激光具有高单色性、高亮度和高方向性的特点,其出现促使非线性光学成为近几十年来发展最快的科学领域之一。同时非线性光学现象与超短脉冲激光技术的发展也是密切相关的。其中,饱和吸收作为一种非线性光学现象,对获得超短脉冲起着至关重要的作用。实现超短脉冲的有效技术之一是基于可饱和吸收体（SA）的锁模技术。SA依赖于可饱和吸收材料的非线性光学响应特性,SA对光的吸收会随入射光强的增加而减小。根据SA的非线性光学响应特性,可以通过锁模或调Q方式产生高峰值功率的脉冲激光。在众多激光器类型中,光纤激光器由于具有结构紧凑、机械稳定性好、可靠性高、光束质量好、扩展性强、易于实现、成本低等优点,近年来已广泛应用于工业激光微加工、超快信息处理和分子光谱学等领域。目前,商用半导体可饱和吸收镜（SESAM）仍存在工作带宽有限、制造成本昂贵、工艺复杂等缺陷。因此,低维纳米材料的饱和吸收特性一直受到人们的关注,于是,兴起了以开发出一种用于超短脉冲的高性能宽带SA的热潮。目前,研究已经证明了许多材料具有良好的饱和吸收性能和应用前景,但是,宽带SA还没有成功地应用于工业超快激光器。因此发展具有优异非线性光学性质的新材料仍具有深远的意义。此外,不同的SA制备方法会使其性能有所差异,这对激光输出特性有很大的影响。因此,合适的SA器件制备方法是进行实际研究的前提。综上所述,开发一种适合于实际应用的、高功率容限、长期可靠、低成本的新型实用SA器件是迫切需要的。为了研究高性能的SA器件进而提高激光器的性能指标,本文的研究内容如下:1.研究了溶胶-凝胶法制备的WS2/Si O2SA的光学性质及其应用。溶胶-凝胶法制备的Si O2具有与光纤相似的机械强度、折射率、光传输损耗和吸收性能。溶胶-凝胶法结合WS2材料制备的SA器件可以有效提高其损伤阈值。另外,SA材料被Si O2包裹,隔离了外界环境的影响,提升了激光器的长期稳定性。在首次制备WS2/Si O2SA的基础上,将其应用在掺镱光纤激光器中,获得了脉冲宽度为58 ps,平均输出功率为56.8 m W,重复频率为19.03 MHz的稳定耗散孤子脉冲。此外,在掺铒光纤激光器中也实现了稳定的锁模运转,脉冲宽度为325 fs,输出功率为39.6 m W。2.采用磁控溅射沉积（MSD）技术在具有良好光学性能的云母（FM）上制备了一种基于氮化硼（BN）的新型SA,薄膜分布均匀,厚度可控。FM具有良好的散热能力和较低的插入损耗,可以承受较高的激光功率而不被损坏。BN是一种类似于Si C的宽带隙半导体,具有理想的机械强度、良好的化学稳定性、热稳定性、高导热性和优良的绝缘性,同时具有饱和吸收特性。这种SA器件的衬底和BN材料都具有良好的物理和化学性能。利用BN-FM SA器件实现了无源锁模掺铒光纤激光器,脉冲持续时间为237 fs,平均输出功率为35.39 m W。3.采用MSD技术在D型光纤（DF）上制备了Zr C薄膜,并验证了Zr C薄膜的非线性光学特性。Zr C薄膜的饱和强度为197.6 MW/cm~2,调制深度为11.9%。将Zr C SA接入到掺铒光纤激光器腔内,形成无源锁模脉冲。该锁模激光器在通信波段获得了脉冲持续时间为395 fs的传统孤子脉冲,输出功率为49.86 m W。4.研究采用MSD和溶胶-凝胶法制备基于DF掩埋型的Mo2C SA器件。利用MSD技术将Mo2C材料沉积在DF表面,将Mo2C材料掩埋在DF和通过溶胶-凝胶技术制成的Si O2之间。将SA器件应用于掺铒光纤激光器中,实现了最大脉冲能量为430.47 n J的稳定无源调Q工作。通过调节偏振态和泵浦功率,产生了脉冲持续时间为199 fs、输出功率为54.13 m W的高功率锁模脉冲。此外,基于该MXene SA,首次获得了脉冲宽度为312 fs、孤子间隔为1.26 ps的束缚态孤子脉冲。另外,也设计研究了基于掩埋型Mo2C SA的掺镱光纤激光器,获得了脉冲宽度为23 ps的耗散孤子锁模脉冲。5.研究制备了一种新型Mo2C/FM SA器件,并利用其实现了锁模脉冲输出。首先,采用MSD法在FM上制备了均匀致密的Mo2C薄膜。为了提高激光损伤阈值,在Mo2C表面沉积了额外的氧化硅保护层。本工作将Mo2C/FM SA插入掺铒光纤激光器中实现锁模工作。激光脉冲的脉冲宽度为313 fs,平均输出功率为64.74 m W。此外,还产生了12阶亚皮秒谐波锁模,最大重复频率为321.6 MHz,最短脉冲持续时间为338 fs。6.通过将自制SESAM封装为器件,在搭建的全光纤线形激光腔中实现锁模运转,并成功组装为皮秒光纤激光器整机。在泵浦功率超过80 m W的锁模激光阈值时,获得脉冲激光中心波长在1028.61 nm,相应的3d B带宽为1.25 nm,所产生锁模脉冲的脉冲宽度为14.6 ps。实验表明基于自制SESAM器件可实现稳定的皮秒级脉冲输出,且该结构相对简单紧凑,易于实现自启动锁模运转。