石墨烯的发现带领很多科研人员进入了二维纳米科技的研究领域，让人们对纳米世界的认知增加了一个“维度”。在石墨烯持续引起注意力的同时，受石墨烯的启发，一系列类石墨烯层状晶体结构特征的化合物，也越来越多的引起了人们的注意并且开始了研究，它们的单层内由强的共价键构成而层间相互作用为弱的范德华力。这类材料像石墨烯那样较容易地制备成二维的单原子/分子层。与体材料相比，二维单层材料由于量子限制效应和层间微扰的缺失，表现出优异的机械、物理、光子学和电子学性质，因而在场效应管、发光LED、光电探测器等领域有着非常广阔的应用前景。将这些二维纳米材料成功器件化并确定其超快非线性光学性质对于未来光子学应用具有重要的意义。本论文中，我们高效制备石墨烯及部分类石墨烯二维纳米材料器件并研究其超快饱和吸收性能，为其在纳米光子器件方面的应用奠定基础。具体包括以下几个部分:　　1.Graphene/PVA复合薄膜宽带宽时域饱和吸收性质的研究。　　我们将液相剥离的石墨烯分散液与聚乙烯醇(PVA)经过溶液共混法复合成膜。用开孔Z扫描技术研究样品在光纤激光器340 fs，波长1300 nm和515 nm激光以及Nd∶YAG激光器6 ns，波长1064 nm激光下的饱和吸收响应。研究表明，所有波长中相同激发条件下，低透过率的复合薄膜相对于高透过率复合薄膜有着更好的饱和吸收响应;相对于飞秒脉冲，纳秒脉冲激发下薄膜有着更大的饱和吸收系数和品质因子FOM以及更低的Is;在飞秒脉冲下薄膜在近红外的饱和吸收响应比可见光的要强。　　2.不同形态基质对石墨烯近红外域吸收性能的影响。　　用开孔Z扫描技术研究有效石墨烯透过率一致的三种形式石墨烯样品在340 fs，波长1300 nm激光下的饱和吸收响应，三种样品分别是液相剥离技术制备的NMP石墨烯分散液，溶液共混法制备的graphene/PVA复合薄膜和真空抽滤再沉积技术制备的纯石墨烯膜。同样的条件下，三种样品中graphene/PVA复合薄膜有着最强的饱和吸收响应和最低的饱和磁化强度Is。由于石墨烯抽滤膜有着很高的线性吸收系数及折射率，因此它的饱和吸收系数和品质因子FOM最大。通过慢饱和吸收模型拟合，得出NMP石墨烯分散液，graphene/PVA复合薄膜和石墨烯抽滤膜的激发态和基态吸收截面均约为～10-17 cm2，它们的比值分别为0.61，0.57和0.71。这些结果对于石墨烯基的饱和吸收器的设计和应用提供很大的参考价值。　　3.二维纳米材料制备、表征和非线性光学性能研究。　　扩展上述石墨烯薄膜的制备工艺，分别制备MoSe2，WSe2，MoS2，WS2，BN和石墨烯的胆酸钠分散液、PVA复合薄膜以及抽滤膜样品。其中用液相剥离法制备分散液、溶液共混法制备PVA复合薄膜、真空抽滤再沉积技术制备二维纳米材料的抽滤膜。对各个样品进行TEM、AFM、吸收光谱和拉曼光谱表征，分析其结构特征。用Z扫描技术研究样品中固体薄膜的非线性光学特性，graphene/PVA复合薄膜以及石墨烯和MoS2抽滤膜均表现为饱和吸收特性。此外，成功将MoS2抽滤膜作为饱和吸收体材料应用于Tm∶LLF激光实现了被动调Q锁模。