石墨烯是由碳原子以六角形排布组成的单原子层二维薄膜材料,由于其优异的机械性质、电学性质、光学性质,自2004年被首次发现以来,迅速的成为了物理学、化学以及材料学界的研究热点,同时也受到了工业界的广泛关注。因此,就需要有大量的高质量的石墨烯样品来满足实验和应用的需求；然而传统的微机械分离法制备石墨烯存在着样品尺寸小、产率低、成本高等问题,严重的限制了石墨烯的研究进展,如何制备获得高质量大尺寸的石墨烯样品,是目前困扰和制约石墨烯相关的科学研究和工业应用的难点问题。本论文主要采用化学气相沉积法制备了单层及多层石墨烯,系统的研究了不同的转移工艺对样品的影响,提出了制备获得高质量石墨烯样品的最佳生长参数和转移方法；通过对制备获得的石墨烯样品进行电荷掺杂,研究了单层石墨烯的能级可调特性以及双层石墨烯的可调带隙特性,使用单层石墨烯制作了可在宽频范围使用的高速光电调制器件,详细研究了石墨烯中光子、电子、声子相互作用引起的量子干涉效应、法诺共振等新奇物理现象。主要研究内容及成果如下：1.化学气相沉积法生长制备石墨烯。主要研究了使用镍金属膜作为衬底生长多层石墨烯和以铜箔作为衬底生长单层石墨烯；其中,采用镍金属薄膜通过控制冷却速度可以得到少层或多层的石墨烯,制备得的样品表现为片状的石墨烯相互叠加得到的大面积石墨烯薄膜。使用铜箔作为基底可以制备出高质量大面积的连续单层石墨烯,并且受生长机理的限制,在铜箔基底上目前只能得到大面积的单层石墨烯。2.石墨烯样品不同转移工艺的对比分析。系统地研究了在使用PDMS作为转移介质的干法转移和使用PMMA、聚苯乙烯等作为转移介质的湿法转移过程中操作工艺对制备的样品的影响。实验结果证明采用将液态的石墨烯涂覆在待转移样品表面固化的新转移方法可以适度的解决干法转移造成石墨烯破裂的问题；采用聚苯乙烯作为转移、使用氯仿作为有机溶剂的湿法转移能够将石墨烯表面的颗粒残留降至最少。同时实验证明使用过硫酸铵作为铜箔腐蚀液能够获得更干净的样品,并最终确定在实验中采用三氯化铁和过硫酸铵配合的两步腐蚀法。3.单层石墨烯的光电性质研究。通过施加栅极电压来对单层石墨烯进行电荷掺杂,能够调制石墨烯的费米能级,使用有机电介质胶体作为栅电极我们最大将石墨烯的费米能量调制到了0.9eV；通过将石墨烯样品转移到波导管上来提高石墨烯与光子的作用距离,制成了工作带宽达到1GHz的宽频光电调制器件；同时还研究了高的电荷掺杂的石墨烯样品中光子非弹性散射过程中的量子干涉效应以及热电子发光的偏振关联特性。4.双层石墨烯的光电性质研究。通过给双层石墨烯施加上下两层栅极电压,可以独立的调制石墨烯的载流子浓度和带隙,我们通过控制施加在石墨烯层间的平均电场,研究了双层石墨烯中的可调带隙特性,在这种双栅极结构的石墨烯中我们最大打开了250meV的带隙；同时还研究发现了当双层石墨烯的带隙与声子振动能量相匹配时,声子与激态电子空穴对耦合产生的法诺共振现象。