基于材料可饱和吸收效应实现脉冲激光的被动调制方式具有系统结构紧凑、调制过程快、成本低等优势，并且有潜力获得比声光或电光等主动调制方式更短的脉冲输出，因此被认为是超短脉冲激光器最为经济的实现方案。但目前商用的半导体可饱和吸收镜存在工作带宽窄、响应速率慢等问题，而目前各类基于新型二维材料的可饱和吸收体则存在稳定性差、难以量产等难题。本论文提出采用局域表面等离激元共振(LSPR)来增强非线性响应，并基于金属性氮化钛(TiN)这一高稳定性的氮化物纳米颗粒(NPs)的LSPR效应，实现了覆盖近红外波段1.0-2.0μm的优异非线性响应，随后基于TiNNPs可饱和吸收体，实现了超短脉冲输出。本文针对TiN的非线性光学性质和应用作了以下方面的研究：
　　首先，表征了气相法制备的TiNNPs及其薄膜的形貌、表面状态和线性吸收，发现TiNNPs尺寸在10-20nm之间，该吸收峰位于700nm附近。本文还使用阴极电弧离子镀(CAIP)技术在石英玻璃表面制备了连续致密TiN薄膜，并对其进行了微结构、成分以及线性光学性质研究。
　　其次，通过Z扫描和I扫描技术表征了TiN薄膜的非线性光学吸收，发现TiNNPs薄膜在近红外LSPR波段具有优异的非线性吸收性质，根据非线性光学理论计算，这些薄膜调制深度在1.0μm、1.5μm和2.0μm波段分别可达10.8%、25.4%和57.5%，并且在1.0μm的非线性吸收系数可达-37.1cm/GW。进一步通过基于泵浦一探测技术瞬态吸收光谱测试分析，发现TiN薄膜的非线性响应源于其中热电子的超快驰豫，其响应时间最短可达3.2ps，这些研究结果表明TiN薄膜可用作近红外波段性能优异的可饱和吸收体。
　　最后，由于TiN具有较强的可饱和吸收效应和较快的光漂白恢复时间，本文将其应用于脉冲激光器被动光调制器件。首先，使用TiNNPs滴涂于金镜表面作为反射式光开关，应用于固体激光器，实现了1.0μm波段高频调Q激光脉冲输出，得到的调Q脉冲激光具有最高590kHz的重复频率。然后，使用TiNNPs-聚乙烯醇(PVA)复合薄膜作为透射式光开关，在光纤激光器中实现了1.5μm波段锁模脉冲输出，得到的激光脉冲具有763fs的超短脉宽。上述两个演示实验表明基于TiNNPs的薄膜光开关可用于近红外波段激光器以驱动超短脉冲的产生，为基于过渡金属氮化物的光子器件的开发提供了实验基础。