中红外超短脉冲激光在激光雷达、医疗、遥感、超快分子光谱学以及非线性光学等领域具有非常重要的潜在应用，已经成为全固态激光研究领域的一个非常重要的研究热点。受中红外波段锁模元件与检测技术等方面的制约，中红外波段锁模技术相对于近红外波段发展严重滞后。因此，发展中红外波段激光锁模技术，对中红外超快激光的发展具有十分重要的意义。最近几年，随着锁模技术、检测技术以及新材料的发展，国际上2μm波段被动锁模固体激光器的研究实现了突破并得到了一定发展。本文围绕目前处于发展初级阶段但具有重要应用前景的2μm波段超快激光产生技术，尤其是激光二极管（Laser Diode，LD）直接泵浦的2μm波段被动锁模激光器，通过采用新材料和新技术，试图解决目前该波段锁模激光器中存在的超快可饱和吸收体以及色散控制等关键性问题，开展了以下几方面的工作：　　1.在国际上首次实现了LD直接泵浦的2μm波段飞秒锁模脉冲输出。采用半导体可饱和吸收镜作为锁模元件，利用790nm商业化LD作为泵浦源，在Tm:CLNGG无序晶体上获得了稳定的连续锁模脉冲输出，脉冲宽度479fs，重复频率99MHz，输出功率为288mW。　　2.研制了2μm波段石墨烯可饱和吸收镜，并首次利用它在2μm波段实现飞秒锁模脉冲输出。通过将化学气相合成（CVD）方法制备的高质量、大面积石墨烯转移到高反介质镜上制备而成石墨烯可饱和吸收镜，在2μm波段得到了729fs的稳定连续锁模脉冲输出，重复频率98.7MHz，平均功率60.2mW，中心波长2018nm。　　3.研制了一种工作带宽大于1000nm的超宽带反射式石墨烯可饱和吸收镜，利用它成功在1μm波段和2μm波段不同激光器上实现了稳定的连续锁模输出，证明了其超宽带的可饱和吸收性能。这种超宽带石墨烯可饱和吸收镜可满足近中红外不同波段锁模激光器对可饱和吸收体的需求，这是传统SESAM(Semiconductor Saturable Absorber Mirror)锁模元件难以实现的；同时，它具有很强的设计自由度，理论上可以通过叠加不同层数的石墨烯实现对其可饱和吸收性能的调控，也初步解决了目前在中红外波段缺乏成熟的SESAM锁模元件的问题，对于发展中红外波段锁模激光技术具有十分重要的意义，应用前景非常广泛。　　4.利用研制的超宽带石墨烯可饱和吸收镜在Tm:YAG陶瓷激光器上实现了连续锁模运转。激光透明陶瓷材料与单晶相比具有大尺寸，低成本以及可功能化等突出优势，我们详细研究了Tm:YAG激光透明陶瓷材料的光谱、激光输出和调谐性能，利用制备的超宽带石墨烯可饱和吸收镜作为锁模元件，在Tm:YAG陶瓷上获得了稳定的连续锁模脉冲输出，脉冲宽度2.8ps，重复频率98.7MHz，输出功率158mW，中心波长2016nm。　　5.探讨了2μm波段腔内色散的控制和设计方法。针对目前中红外2μm波段固体锁模飞秒激光器锁模脉宽普遍较长的问题，在不改变锁模谐振腔基本结构的前提下给出了一种同时补偿二阶和高阶色散的思路和方法，为人们研究中红外波段高阶色散对锁模脉宽的影响以及实现百飞秒以下的2μm波段超短锁模脉冲输出提供了可能。