超快激光具有极短的脉宽和宽带的光谱特性使其在科研、工业、医疗等诸多领域都有着重要的应用。锁模作为产生超短脉冲的主要技术手段,自被发明以来获得了高度的关注并取得了快速的发展。尤其是新型光调制元件的不断发现使得锁模激光在功率、脉宽、重复频率、经济性、普适性等方面取得突破。本论文对几种新型的全固态锁模激光器件展开了探索。提出双SESAM系统以克服单SESAM系统中锁模运转对可饱和吸收体的性能和参数敏感的弊端。在Nd:YVO4晶体双SESAM锁模激光器中获得了50小时不间断10 ps脉冲输出,平均功率2.4 W。实验证明双SESAM系统是一种提高锁模稳定性的可能的路径(第二章)。Nd:LGGG晶体和Nd:SYSO晶体的光谱因无序性的增加产生了非均匀展宽,荧光谱中出现多峰结构,有利于多波长输出。对这两种晶体的锁模性能展开了研究,实现了Nd:LGGG晶体1060.9 nm和1062.7 nm;Nd:SYSO晶体1075.5 rum 1076.8 nm和1078.2 nm多波长同步锁模脉冲输出,并分析了它们的光谱和自相关曲线结构。双波长同步锁模脉冲作为太赫兹波的光源,具有重要的应用价值(第三章)。2μm波段激光对应人眼安全波段和水吸收峰,在气体检测和外科手术中具有优势。铥离子和钬离子是产生2 μm波段激光的主要激活离子。采用发射截面较大的Tm:YAP晶体作为增益介质,通过优化谐振腔光斑模式和输出耦合率,形成了710 mW的1.94 μm锁模脉冲,脉宽为1.89 ps(第四章)。以上结果显示了SESAM稳定、可靠,易于使用的特点。但SESAM有一些内在的劣势,首先半导体生长技术较为复杂,成本较高；其次作用带宽较窄,1.9 μm以上波段SESAM的非饱和损耗较大。石墨烯的发现,为新型可饱和吸收体铺平了道路。新型二维材料包括石墨烯、过渡金属硫化物、黑磷等,具备出众的光电性能,拥有制造简单、能带可控、恢复时间短、宽带吸收等特性。本论文重点研究了可控吸收率石墨烯、MoS2/石墨烯异质结和WS2纳米片可饱和吸收体在超快固体激光中的应用,分析了它们的可饱和吸收机理。分别实现了基于可控吸收率石墨烯1.3μM、MoS2/石墨烯异质结GHz高重频和WS2纳米片的飞秒锁模脉冲,验证了它们的可饱和吸收特性(第五章)。