超快光纤激光器在工业和科学应用领域有着广泛的应用,例如通信、材料加工、医药、传感等,并且具有高质量光束、有效的热管理以及紧凑和简单的装置。实现超快光纤激光器的方式有很多,常见的就是基于被动锁模器件实现脉冲的产生,如可饱和吸收体。对于可饱和吸收体,典型的重要参数为工作波长、饱和功率、非饱和损耗、调制深度以及恢复时间等。在过去几十年,已经有很多可饱和吸收体被应用于超快光纤激光器,包括染料、滤色片、染料或离子掺杂的晶体和玻璃、金属纳米颗粒以及半导体。但是,各种类型的可饱和吸收体都有他们的局限性,例如成本较高,恢复时间长等等。石墨烯是一种新型的二维材料,以其独有的性质在近十来年得到了大量的研究和关注,石墨烯的吸收强度低、可饱和调制深度大、损伤阈值高、恢复时间快、可饱和吸收光谱范围宽,并且其成本低廉,是非常理想的可饱和吸收体。各国研究人员研制出种类丰富的基于石墨烯的光纤激光器。而基于石墨烯的光纤激光器的关键点就是石墨烯和光纤系统的集成方式,石墨烯和光纤不同的集成方式,将很大地影响光纤激光器的性能。本论文主要介绍了三种新型的石墨烯-光纤集成器件,分别介绍了三种器件的工作原理以及基于这些器件的光纤激光器的表现。1.介绍了基于石墨烯的光纤激光器的原理和进展,总结了近十几年来常见的石墨烯和光纤结合的方式,并简要分析这些结合方式的优缺点。基于这些石墨烯-光纤器件,实现了各种性能的光纤激光器。总结已有的石墨烯-光纤集成器件的优缺点,发现每种器件都有其应用的局限性,为了拓展石墨烯-光纤集成器件的功能,结合我们实验室的特点,设计了三种新型的石墨烯-光纤集成器件,石墨烯-光纤端面直接集成器件、悬空石墨烯-光纤端面集成器件以及石墨烯-微光纤三维结构集成器件。并分别详细介绍了每种器件的工作原理以及制备过程。2.测试了石墨烯-光纤端面直接集成器件的相关特性,通过施加电流,该器件的温度可以达到900K,温度提高改变了石墨烯的费米狄拉克分布,从而改变了石墨烯的非线性光学性质,从而实现通过电流的调节来调节石墨烯的可饱和吸收特性。基于该器件,通过调节施加在样品上电流的大小,实现了状态可切换,脉宽可调谐的光纤激光器。除此之外,温度的升高也会使得光纤发生热膨胀形变,利用这一特性,制作了一个超高电流灵敏度的F-P腔,并基于该F-P腔实现了波长可调谐激光器。3.发现当石墨烯悬空时,其损伤阈值会大大的降低。由在光纤基底上的100 mJ/cm2降低到15.3mJ/cm2。基于这一特性,设计了 一种悬空石墨烯-光纤端面集成器件。并基于该器件实现了稳定的激光脉冲的输出。4.设计了一种石墨烯-微光纤三维结构集成器件,并从实验和理论上验证了该器件的偏振特性。此外,因为石墨烯本身就具有可饱和吸收特性。所以石墨烯-微光纤集成器件是一个偏振相关的可饱和吸收体。基于该器件的光纤激光器同时具有两种锁模效应,可饱和吸收以及非线性偏振旋转效应。首次在不改变泵浦光功率以及其它光纤参数,只改变偏振控制的情况下,实现了调Q脉冲和矩形波锁模脉冲的切换。