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石墨烯由于具有优良的力学、热学、电学和光学性能而引发前所未有的关注，尤其在光学领域，在不同的条件下，石墨烯呈现卓越的双光子吸收、非线性散射、激发态吸收和饱和吸收等非线性光学性能。石墨烯可用于开发透明电极、发光器件、光伏电池、光电探测器、激光锁模器、光开关、激光防护设备、生物传感器等器件。然而，对石墨烯非线性的相干散射只有少数报道。 在本文中，我们用波长为633nm的连续光研究了石墨烯非线性的相干光学行为。论文的主要研究内容和结果如下: 1.分别用采胆酸钠和NMP为分散剂以液相剥离法制备了高品质石墨烯分散液。拉曼光谱和透射电镜结果表明，液相剥离法得到了高品质石墨烯分散液;此外还通过测量石墨烯分散液的透射谱计算了比色皿中石墨烯的NMP分散液的有效层数。另外，还制备了表面光滑、石墨烯均匀分布的石墨烯/PVA薄膜。将石墨烯有效地分散在PVA溶液中，用热蒸发法制备出表面粗糙度低于17 nm/(1mm×1 mm)的石墨烯/PVA薄膜。所得石墨烯薄膜的厚度约为68μm。 2.计算了石墨烯的非线性折射率(n2）和三阶非线性极化率(x(3))。所使用的激光器为氦氖激光器，采用波长为633nm连续光进行聚焦，通过空间自相位调制(SSPM)技术测量了石墨烯的非线性折射率和三阶非线性极化率。用不同浓度的石墨烯分散液和不同长度的比色皿做了多组对比实验，得出单层石墨烯的x(3)高达～10-7 esu，非线性折射率n2为～10-9 m2/W。结果证实了SSPM技术是表征材料非线性性能行之有效的可靠技术。此外，还通过基尔霍夫衍射理论计算SSPM衍射后的光强分布，结果和实验值相符合。同时，在文章中定性分析了石墨烯/PVA薄膜的SSPM效应。 3.分析了SSPM衍射图案的塌缩效应。在SSPM效应中，衍射图案形成之后的几秒之内，从一系列同心圆环变型为不对称的环，这称为SSPM的塌缩效应。研究发现，石墨烯分散液的非线性折射率的改变是引起SSPM衍射图案塌缩的主要原因。而石墨烯分散液折射率改变是由热致对流和气泡的产生引起。石墨烯分散液吸收了激光的部分能量后，在内部形成温度梯度，引起一定的对流，导致光束通过的地方的非线性折射率分布不均匀。另外气泡的产生也会改变石墨烯分散液的非线性折射率。 4.通过研究SSPM塌缩效效应，计算材料非线性折射率的变化量。选用长度为10 mm的比色皿，有效石墨烯层数为71层，在入射功率为～54 W/cm2，石墨烯分散液温度从20℃升到100℃时，非线性折射率的相对变化率从为～20.0％升到～37.5％。