随着光通信朝着大容量、高速率的趋势不断发展,各种光学器件的发展与更新换代受到研究人员的广泛关注。因此,提高器件性能的各种新型纳米光学材料随着纳米技术的迅猛发展而不断地涌现了出来。可饱和吸收体是被动调制脉冲光纤激光器的关键器件。二维结构的纳米材料因其具有宽波段饱和吸收特性、超快载流子动力学、光致漂白恢复时间短等性质,成为可饱和吸收体的优选材料,在构建新型被动调Q脉冲激光系统中发挥了重要的作用。然而,目前已经应用于被动调制脉冲激光系统中作为可饱和吸收体的一些二维纳米材料在性能上仍存在一些缺点,亟需研制新型二维纳米材料进一步提升可饱和吸收体的性能。例如,石墨烯的调制深度较低;二维拓扑绝缘体制备工艺复杂;大多数层状过渡金属二卤代物具有较大的带隙并且需要对缺陷进行复杂的调控,不宜用作可饱和吸收体;而黑磷的化学稳定性较差,在空气中很容易被氧化。因此,为了研制高质量的调Q脉冲激光器,我们一直致力于探索高性能新型二维材料可饱和吸收体。二维超薄层状Mn O2纳米片材料因其具有合适的带隙、较高的三阶非线性系数,较好的稳定性以及优异的电学和光学特性,适用于可饱和吸收体的制备。此外,镧系离子掺杂的聚合物基光波导放大器作为一种可集成的光学放大器,在通信系统小型化、集成化发展进程中扮演了举足轻重的角色。以镧系离子掺杂材料作为增益介质,可以在光放大器中获得相对较高的增益,因而在集成光通信领域中受到了广泛的研究。目前,由于铒掺杂的光放大器光放大波长位于C+L波段,正处于光通信的工作波段,因此对于铒单独掺杂的光波导放大器（EDWA）被广泛研究。但是随着网络通信需求爆炸式增长,如何拓展光放大器的工作波长已成为研究热点。在纳米粒子中共掺杂铒和铥离子可实现纳米粒子的发光波长覆盖S+C+L+U波段,满足以镧系离子掺杂材料作为增益介质制备宽带光放大器的需要。因此我们开展了铒和铥离子共掺杂纳米粒子的设计制备研究。探索发光峰位不同的镧系离子以何种浓度、何种比例共掺杂,实现纳米粒子的宽带发光,来拓展增益介质的有效带宽。本论文围绕以上两种光子学器件所需纳米材料进行了研究,获得了用于调Q激光器中的二氧化锰可饱和吸收体材料,以及用于有机光波导放大器作增益介质的铒铥共掺NaYF4纳米材料。具体研究内容如下:（1）为了探索新型的可饱和吸收体在多波段实现调Q脉冲的输出,我们围绕二氧化锰纳米片可饱和吸收体进行了研究。首先,利用氧化还原反应制备了Mn O2纳米片,然后将Mn O2溶液与羧甲基纤维素钠反应成膜,最后将反应物涂覆在石英载玻片基底上干燥后得到了Mn O2纳米片可饱和吸收体。我们利用电子显微镜:TEM、SEM、HRTEM,对生成的Mn O2纳米片的形貌和纳米结构进行了研究;通过EDX光谱判断出纳米片中元素均匀分布;通过吸收光谱的测试,发现Mn O2纳米材料在近红外光谱区（800～2200 nm）有较宽的光吸收;为了验证Mn O2纳米薄膜的饱和吸收特性,我们利用掺铒脉冲光纤激光器对Mn O2纳米片可饱和吸收薄膜的非线性传输特性进行了研究,得到中心波长为1558 nm,最大脉冲重复频率为92.35 k Hz,最大输出功率为17.18 m W,最短脉宽为1.26μs,以及信噪比为45 d B的稳定的调Q激光脉冲。该结果表明,Mn O2纳米片是产生调Q脉冲激光的优秀可饱和吸收体材料。（2）为了得到在近红外波段展宽宽、尺寸均匀、分散性好的纳米材料,我们在发光效率高的NaYF4基质材料中按一定比例掺入了红外发光覆盖C波段的激活剂铒离子、红外发光覆盖S、L波段的激活剂铥离子以及敏化剂镱离子。我们通过高温热分解法制备了两个系列不同浓度的铒铥共掺杂NaYF4纳米粒子,分别为NaYF4:20%Yb,0.1%Er,x%Tm和NaYF4:20%Yb,1%Tm,y%Er。我们利用TEM表征了纳米粒子的形貌和尺寸,发现制备的纳米粒子形貌较为均匀,晶体尺寸大约25 nm,分散性良好;通过XRD判断出制备的纳米粒子均为六角相。我们通过调控Tm3+和Er3+的浓度以及掺杂比例,在980 nm激光激发下测试了样品的下转换发射光谱,发现NaYF4:Yb,Tm,Er的发光强度和半高全宽（FWHM）随着Tm离子或Er离子浓度的增大出现先增大后减小的趋势。在Tm和Er的浓度比为10:1时,光谱的半高全宽比NaYF4:Yb,Tm和NaYF4:Yb,Er纳米晶的FWHM宽75 nm。这将对未来利用这种纳米材料制备光波导放大器中的聚合物增益介质,实现全光放大和短距离通信波段的展宽具有重要研究意义。