脉冲光纤激光器可广泛应用于工业、医疗和科研等领域，锁模和调Q为光纤激光器中实现脉冲操作的常见技术。锁模技术对光纤激光器腔体的增益、损耗和色散以及可饱和吸收体(SA)的性能都有一定的要求，对比之下，调Q技术的要求较低，往往更易实现。近年来，基于石墨烯等新型纳米材料的调Q技术受到了极大的关注。相比于传统的半导体可饱和吸收镜(SESAM)和碳纳米管，新型纳米材料具有诸如高度光纤兼容性、大调制深度、超快恢复时间和独特的超宽带可饱和吸收特性等优点。因此，新型纳米材料SAs已被广泛应用于各种光纤激光器中实现调Q操作。然而，由于新型纳米材料具有较低的饱和光强和使用过程中常会引入低损伤阈值的聚合物，这使得新型纳米材料被动调Q光纤激光器的输出性能受到了限制。以石墨烯为例，传统的全光纤石墨烯被动调Q激光器输出的平均功率通常仅为几个毫瓦，单脉冲能量也通常仅为几十纳焦。此外，虽然新型纳米材料的可饱和吸收特性可延伸到可见光领域，但却未有可见光波段纳米材料被动调Q光纤激光器的报道。本论文从全光纤石墨烯被动调Q激光器的脉冲输出性能和纳米材料在可见光光纤激光器中的应用入手，系统研究了基于石墨烯的大能量全光纤被动调Q激光器和基于各种纳米材料的红光被动调Q光纤激光器，取得了如下研究成果:　　1.设计了大增益、大耦合输出比和SA放置腔内低功率位置的激光器腔体结构。通过该腔体结构设计，获得了单脉冲能量最大可为1.28μJ的全光纤石墨烯被动调Q双包层铒镱共掺光纤(EYDF)激光器和单脉冲能量最大可为1.73μJ的全光纤石墨烯被动调Q双包层掺镱光纤(YDF)激光器。实验结果表明，该腔体结构设计极大改善了全光纤石墨烯被动调Q激光器的脉冲输出性能，将其单脉冲能量从nJ量级提升到了μJ量级。　　2.基于大增益、大耦合输出比和SA放置腔内低功率位置的激光器腔体结构设计和石墨烯的宽带可饱和吸收特性，获得了最大单脉冲能量1.05μJ和波长可调范围从1530.92 nm到1546.97nm的全光纤石墨烯被动调Q EYDF激光器。更进一步通过共用石墨烯调Q器将YDF和EYDF激光器腔体连接起来，首次获得了脉冲重复频率可调范围从8.94 kHz到20.03 kHz的同步被动调Q双色1066nm和1535nm光纤激光器。YDF腔体的单脉冲能量最大可为5.30μJ，EYDF腔体的单脉冲能量最大可为1.20μJ。实验结果表明，石墨烯确实具有超宽带的可饱和吸收特性。　　3.采用光纤端面镀膜的可见光光纤型反射镜，构建紧凑的可见光光纤激光器。分别利用红光、橙光和绿光光纤型输入输出镜，实现了全光纤腔体的635.9nm红光、603.5nm橙光和522.1 nm绿光激光器。通过优化红光光纤激光器的耦合输出比，将激光器的斜效率提升到了59.4％。借助光纤反射镜对不同波长的反射率差，补偿增益光纤的增益差，获得了红绿(635.7 nm和521.3 nm)及红橙（635.2nm和603.1nm）双波长光纤激光器　　4.首次实现了纳米材料在红光光纤激光器中的被动调Q操作。如，首次实现了硫化钨在红光光纤激光器中的被动调Q操作，其脉冲重复频率可调范围从232.7 kHz到512.8 kHz，最窄脉宽为207 ns;首次研究了基于硒化铋的被动调Q红光光纤激光器，其脉冲重复频率可调范围从191.6 kHz到454.5 kHz，最窄脉宽为244 ns;首次实现了黑磷被动调Q红光光纤激光器，其脉冲重复频率可从108.8 kHz连续调谐到409.8 kHz，可调范围达到300 kHz，最窄脉宽为383ns;首次将纳米金应用于红光光纤激光器中获得被动调Q脉冲，其脉冲重复频率可调范围从285.7 kHz到546.4 kHz，最窄脉宽为235 ns。实验结果表明，纳米材料SAs可作为有效的红光调Q器，且过渡金属硫化物在我们实验过程中调Q性能最佳。