自从2004年单层石墨烯在实验中被成功制备以来,石墨烯展现出了优异的光电性能,并被应用在科学研究的各个领域,如光电子器件、传感器、储能领域、柔性电子学、复合材料以及生物医学等。在光电子器件领域,石墨烯具有非常优异的物化性能,如它呈线性色散的能带结构,导致它具有非常宽的光谱响应范围;单层石墨烯对光只有2.3%的吸收率,并且吸收率随着层数增加而叠加;石墨烯对通过的光会产生泡利阻塞,从而会产生饱和吸收现象;石墨烯具有超快的载流子弛豫时间,其弛豫时间在皮秒量级;此外它还具有很强的柔韧性,可以很容易被转移到光学结构上。目前已被应用在调Q锁模、光调制、光电探测、传感等领域。微纳光纤由标准单模光纤熔融拉锥制备而成,具有可以和通讯系统完美兼容且制备简单等优点,引起了学者们的广泛关注。光在微纳光纤中传输时,部分光会以倏逝场的形式在微纳光纤外传输。呈原子层厚度的石墨烯薄膜可以贴附在微纳光纤表面,而在微纳光纤外传输的倏逝场则可以轻易的和石墨烯产生相互作用。本文主要研究了石墨烯微纳光纤复合波导光调制器在腔外调制时的光调制特性以及在腔内调制实现调Q锁模。在对复合波导器件光调制特性的研究时,我们在器件中发现了基于受激布里渊散射(SBS)现象的全光调制。为了研究这种非线性效应,在实验上,对比了不同直径的微纳光纤石墨烯复合波导,发现直径越小的微纳光纤石墨烯复合波导中非线性效应越强且阈值越低。还对比了有石墨烯和没有石墨烯波导对产生非线性效应的的影响,相同直径下在有石墨烯的复合波导中会产生非线性效应,在没有石墨烯的波导中不会产生非线性效应。在理论上,还计算了器件的非线性阈值并且模拟了微纳光纤的模场分布。经实验对比和理论分析,我们发现具有高三阶非线性系数的石墨烯会增强器件的非线性效应,从而降低了产生非线性的阈值。该工作完善了复合波导中的基础研究,使器件在走向实际应用过程中迈出了新的一步。此外,还将石墨烯微纳光纤复合波导作为可饱和吸收体(SA)应用在主动调Q激光器中。将复合波导光调制器连接在调Q激光器腔内,用另一束调Q脉冲激光调制复合波导光调制器对腔内的Q值进行改变,实现主动调Q激光器的主动调Q脉冲输出。最后,使用羧酸氧化石墨烯结合微纳光纤制作了复合波导,将其应用在锁模激光器中实现了被动锁模。将复合波导应用在腔内调制可以有效地提高材料的损伤阈值,增强材料与光的相互作用。