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激光及其相关技术的应用造成了不可避免的社会和军事安全问题。基于非线性光学(NLO)原理的光限幅(OL)材料既是波长敏感型又是光强敏感型,是目前公认的较为理想的激光防护模式。石墨烯作为新兴碳基光限幅材料,因其独特的电子结构和光电性能倍受研究者们青睐,成为近年来的研究热点。不同维度的氧化石墨烯材料的电子能带结构将发生变化,进而影响其光电性能,因此研究不同维度的氧化石墨烯材料的NLO和OL性能具有重大科学意义。目前人们研究较多的是石墨烯悬浮液,而石墨烯在液相中易发生团聚,从而影响其应用,因此石墨烯材料的固相化成为实现其应用所必须解决的问题。本文制备了不同维度的氧化石墨烯材料,包括二维的氧化石墨烯纳米片(GONSs)、一维的氧化石墨烯纳米带(GONRs)和零维的石墨烯量子点(GQDs)。为了研究GONRs的NLO性能与碳纳米管(CNTs)解开程度的关系,还制备了部分解开的碳纳米管(PUCNTs)。进而采用溶胶凝胶法制备石墨烯材料复合凝胶玻璃,实现石墨烯材料的固相化。利用纳秒和皮秒开孔Z-scan技术研究样品的NLO、OL效应及其机理,并探讨石墨烯形貌、基质等对其性能的影响。结果分析发现：(1)不同维度石墨烯材料的带隙大小顺序为GONRs>GQDs > GONSs,它们的悬浮液均具有NLO和OL效应,主要机理为非线性散射(NLS)和非线性吸收(NLA)。石墨烯的NLO和OL效应表现出对形貌和激光脉冲的依赖性：纳秒激光脉冲下,GONRs因强烈的NLS和双光子吸收而具有最好的OL性能；皮秒激光脉冲下,GONSs具有最强的饱和吸收。我们认为这种形貌对性能的影响规律可以推广到其他材料,从而为OL材料的设计提供了新的思路。(2)有机硅烷改性的Si02玻璃基质有效地解决了石墨烯悬浮液的团聚问题,同时赋予复合凝胶玻璃良好的透过率和热稳定性。NLS效应在固相中被抑制,但NLA和非线性折射效应大大增强了,因此复合凝胶玻璃的NLO和OL性能得到提高。石墨烯材料的这种固相化设计促进了其在非线性光学领域的实际应用。(3)GONRs、PUCNTs和CNTs具有类似的NLO特性,其主要机理为NLS。它们的复合凝胶玻璃具有优于GONSs和GQDs复合凝胶玻璃的NLO性能和热稳定性,因此更适合在NLO领域的实际应用。