光调制器是光子学和光电子学中一种必不可少的核心器件,被广泛应用于光互联、生物、医疗、环境监测和安全监测等领域。由于现有技术和新兴技术对高速、紧凑、宽带的光调制器要求越来越高,因此高性能的光调制解决方案变得至关重要。最近出现的二维层状材料石墨烯因为其优异的光电性能可以进行光调制,这促使人们对其进行了深入的研究并且取得了一定进展。针对目前光调制技术中存在的不足和空缺,本论文主要研究了石墨烯与波导结合的光调制器和石墨烯在空间光场中的光调制,具体工作如下:（1）研究了石墨烯覆盖微纳光纤（GMF）波导在被动调Q和全光振幅调制方面的特性。首先,采用聚二甲基硅氧烷（PDMS）辅助转移化学气相沉积法生长的石墨烯薄膜至微纳光纤的锥区。然后将GMF全光调制器作为可饱和吸收体置于1.5?m掺铒光纤激光器中实现了被动调Q。最后,搭建了一套980 nm泵浦光调制1550 nm信号光的全光调制系统,实现了最高50 k Hz的调制速率和3.82 d B的调制深度。（2）研究了还原氧化石墨烯沉积D型光纤（RGODF）波导在全光振幅调制方面的特性。首先,利用一种方便且可控的倏逝场诱导沉积的方法将还原氧化石墨烯覆盖在D型光纤的抛磨区域。然后,我们对现有的全光调制系统进行优化,在泵浦和信号光路增加了偏振控制器,通过改变偏振状态可以改变石墨烯与D型光纤之间的相互作用,从而实现了8 d B的调制深度。此外,这种调制器具有强大的机械稳定性、易于制造、低成本并且可以很好的与光纤系统兼容,这意味着在光子学应用（例如全光开关和全光通信）中具有巨大的潜力。（3）我们研究了基于石墨烯的非线性光学特性的宽带全光空间光调制和开关。首先通过空间自相位调制方法测量了单层石墨烯的非线性折射率系数约为10^-11 m² W。利用石墨烯优异的光学非线性和宽带线性吸收,证明了石墨烯在宽波段范围（405-900 nm）具有将高斯光束转换为空心光束的能力。最后,在一个系统中实现了同相和异相全光开关。非线性光学效应（克尔效应和饱和吸收）和气泡散射效应很好地说明了实验结果。这项工作表明石墨烯是一种非常有前途的非线性介质,可以应用于宽带全光调制,并且在理解石墨烯与光相互作用的机理方面也提供了有用的信息。