辐射波段位于3 μm处的激光不会对人眼造成伤害,同时又对应红外辐射的大气窗口,因此具有广泛的应用,主要涉及激光通信、气体污染监测、军事红外对抗、激光工业制造等众多行业领域。与此同时,该波段的激光与水存在极强的相互作用,被广泛应用于生物软组织切除、眼科、美容等医疗手术中。激光器的运行模式通常有两种,分别为连续形式激光运转和脉冲形式激光运转。相比于连续运转的激光器,具有高能量、窄脉宽的3 μm波段脉冲式激光器引起了更为广泛的关注。获得高能脉冲式激光的方法有很多,其中,被动式激光调Q技术因其结构简单和容易操作等优点引起了广泛关注。近年来,新型二维材料作为可饱和被动调制元件来进行激光调制,促使3 μm脉冲式激光器的研发进入飞速发展阶段。一般的材料很难在3 μm以及更长的波段存在光学吸收,其存在光学响应的波段与其费米能级附近的能带结构密切相关。本文采用第一性原理软件VASP（Vienna Ab-inito Simulation Package）,基于密度泛函理论计算了 MXene Nb2CTx、TiC和TiN三种材料的能带结构。随后,成功制备了 MXene Nb2CTx、MXene Ti3C2Tx、TiC和TiN四种新型2D材料,分别对上述材料的2D形貌、存在光学响应波段的透过率和位于3 μm波段处的非线性吸收作用进行表征。最后,以Er:Lu2O3和Ho,Pr:LiLuF4连续激光系统为基础,将上述四种二维材料作为被动调制元件插入到谐振腔内,实现了脉冲形式的激光输出,进一步揭示了新型二维材料作为被动调制元件在3μm波段的应用潜力。本文的主要研究内容:首先,分析了吸附官能团的MXene Nb2CTx可能存在的结构,分别提出了A-A型、B-B型和A-B型三种结构模型。同时,使用VASP分别计算了上述三种结构的体系总能。结果表明,当吸附不同官能团（X=-O、-F和-OH）时,A-A型结构的稳定性最高。随后使用VASP,分别计算了Nb2C、吸附官能团的MXene Nb2CTx（X=-O、-F和-OH）、TiC和TiN体系的能带结构。结果表明,上述三种二维材料均展现出具有金属性质的零带隙结构。相比于在长波波段很难存在光学响应的普通半导体材料,零带隙结构的材料更适合应用于中红外以及红外长波波段的激光调制中。选用液相剥离的方法成功制备了MXene Nb2CTx、Ti3C2Tx、TiC和TiN四种二维纳米薄片,并以YAG作为基底,完成了相应可饱和吸收体（saturableabsorber,SA）的制备。分别使用拉曼光谱、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）和原子力显微镜（AFM）等技术对上述四种制备好的SA样品进行微观形貌和组成成分的表征。随后,在光学吸收表征方面,分别测试了上述样品在较宽光谱范围内的光学线性透过率,同时,对上述样品在3 μm波段处的非线性吸收特性进行测试和研究。搭建了以Er:Lu2O3晶体作为增益介质的连续波激光器,分别使用三种输出镜（T=1%、3%和5%）探究了2.85 μm波段的连续激光输出特性。随后,在基于MXene Nb2CTx-SA、TiC-SA和TiN-SA的被动调制作用下,在2.85 μm波段处实现了脉冲形式的激光输出。同时,以Ho,Pr:LiLuF4晶体作为工作物质来提供增益,分别使用两种输出镜（T=1%和2%）探究了2.95μm波段的连续激光输出特性。随后,将MXene Ti3C2Tx-SA作为被动调制元件插入腔内,在2.95μm波段处实现了脉冲形式的激光输出。