短脉冲具有高空间分辨率、高时间分辨率、宽带宽、高峰值功率的特点，广泛应用于工业加工、激光雷达、非线性光学等领域。被动调Q因其结构简单、成本低廉、方便实用等诸多优点成为获取短脉冲的一种重要方式，而被动调Q的关键技术又在于可饱和吸收材料的选择。在被动调Q技术发展之初的几十年里，传统的可饱和吸收体材料如有机染料、可饱和吸收晶体（色心晶体、Cr∶YAG等）受到了广泛的研究，但是它们稳定性差、工作范围窄，已经无法满足日新月异的激光脉冲技术的要求。近年来，半导体可饱和吸收镜(SESAM)、单壁碳纳米管(SWCNT)等新型可饱和吸收材料的出现使被动调Q技术初现曙光，但是人们仍然没有停止寻找性能更优良的可饱和吸收材料的步伐。2009年，南洋理工大学的Q.Bao等人发现石墨烯在强光照射下吸收率会出现饱和状态;2012年，F.Bernard等人在研究三维拓扑绝缘体Bi2Te3非线性效应的时候，测量到了Bi2Te3的可饱和吸收特性。这两种三维狄拉克可饱和吸收材料的发现，使被动调Q技术进入了一个全新的纪元。石墨烯和拓扑绝缘体可饱和吸收体具有损伤阈值高、工作波长范围广、恢复时间短等一系列优点，是近乎理想的可饱和吸收材料。本文正是基于以上的背景，利用石墨烯和拓扑绝缘体作为调Q元件，对被动调Q全固态激光器进行了理论分析和实验探究。其主要内容和创新点总结如下:　　1)介绍了被动调Q固体激光器的理论。包括LD泵浦固体激光器的发展历程及优点，激光晶体特别是后文中用到的两种掺钕晶体(Nd∶YAG和Nd∶YVO4)的能级结构和各自的优缺点，以及不同的切割方向对于晶体特性的影响，阐述了Q值定义、调Q原理和调Q速率方程，并通过求解速率方程得到调Q脉冲参数表达式。　　2)石墨烯和拓扑绝缘体可饱和吸收镜的制备方法和表征。叙述了化学气相沉积法(CVD)制备石墨烯的步骤和CVD石墨烯可饱和吸收镜物理光学特性的测量方法和结果分析;详细介绍了少层Bi2Se3的制备步骤和将少层Bi2Se3转移到可饱和吸收镜的过程，分析了TI∶ Bi2Se3可饱和吸收镜的物理特性和可饱和吸收体特性。　　3)不同层数CVD石墨烯、不同激光晶体被动调Q固体激光器的实验研究。首先进行Nd∶YAG和c切Nd∶YVO4连续固体激光器的实验研究，再分别将单层、双层、3～5层、6～10层石墨烯可饱和吸收镜插入到激光器中作为Q开关进行被动调Q实验。分析两种激光晶体、四种不同层数CVD石墨烯所得调Q脉冲特性参数，比较结果并分析原因。　　4)基于拓扑绝缘体沿c轴切割（简称c切）Nd∶YVO4被动调Q固体激光器的实验研究。将制备好的TI∶ Bi2Se3可饱和吸收镜代替普通输出镜开展被动调Q实验。分析所得脉冲重复频率（Pluse Repetition Frequency，简称PRF）、脉冲宽度、平均输出功率、单脉冲能量和峰值脉冲功率与泵浦功率的关系，并将这些参数与其它同基于拓扑绝缘体的被动调Q固体激光器脉冲参数相比较。