锁模光纤激光器具有光束质量高、脉冲宽度窄、结构简单、稳定性好、成本低廉等特点，因此被广泛应用于光纤通信、光传感、医疗、材料加工、国防等领域。目前，常用的锁模方法主要有主动锁模和被动锁模两种方式。在主动锁模光纤激光器中，通常需要加入声光或电光调制器件，这使得激光腔的结构复杂，不易实现全光纤结构，而且得到的锁模激光脉冲宽度通常较宽，一般为皮秒量级。与主动锁模方式相比，被动锁模光纤激光器则具有结构简单、输出脉冲宽度窄、稳定性好等优点。被动锁模光纤激光器中的一个核心器件是可饱和吸收体。目前，常用的可饱和吸收体是半导体可饱和吸收镜（SESAMs），但是这类可饱和吸收体通常需要利用光学透镜对光纤中的输出光进行耦合，这使得光纤激光腔的结构变得十分复杂。因此，为了实现全光纤结构的锁模激光器，探索与光纤系统兼容性好的可饱和吸收体材料是非常有意义的。最近，采用单壁碳纳米管、石墨烯及拓扑绝缘体等纳米材料制备的可饱和吸收体受到了研究者的广泛关注，它们的共同点在于均具有良好的光纤兼容性、超快的响应时间、较高的非线性系数以及容易制备等。由于金纳米材料具有更高的非线性系数、良好的光纤兼容性、超快的响应时间、易于制备等优点，基于金纳米材料的可饱和吸收体亦受到了人们的关注。2012年，我们研究组首次在实验上利用球形金纳米粒子薄膜作为可饱和吸收体，研制出了波长为1.56μm的调Q脉冲光纤激光器。在这个工作中，由于球形金纳米粒子仅具有单一的横向表面等离激元共振吸收峰，其吸收峰的峰值位于523nm波长处，这使得该类器件的工作波长范围大大受限。尽管利用薄膜中团聚的球形金纳米粒子可以实现覆盖500~2000nm的宽带吸收，但对球形金纳米粒子在薄膜中的团聚很难进行有效控制，这严重限制了金纳米材料可饱和吸收体在锁模激光器中的应用。在攻读博士期间，作者在基于金纳米材料可饱和吸收体的锁模光纤激光器及其应用方面进行了系统的研究，取得了以下研究结果。具体内容如下：（1）通过研究发现，与球形金纳米粒子不同，金纳米棒具有两个表面等离激元共振吸收带。一个为横向表面等离激元共振吸收带，其峰值位置位于532nm波长附近；另一个为纵向表面等离激元共振吸收带。与横向表面等离激元共振吸收带不同，通过改变金纳米棒的长径比，其纵向表面等离激元共振吸收峰的位置可以在可见-红外的波长范围内进行调节。因此，基于金纳米棒可饱和吸收体的工作波长范围可以覆盖可见-红外波段，其有望被用于研制可见-红外波段的调Q或锁模激光器。基于以上发现，作者提出利用金纳米棒的纵向表面等离激元共振吸收特性实现可饱和吸收的物理思想，在实验上制作出基于金纳米棒的光纤集成型可饱和吸收体，并研制出波长为1.56μm的锁模光纤激光器，其脉冲宽度为12ps，重复频率为34.7MHz，平均功率为2.05mW。（2）进一步研究了金纳米棒长径比与纵向表面等离激元共振吸收特性之间的关系，发现随着长径比的变大，纵向表面等离激元共振吸收峰向长波移动，金纳米棒在相应的纵向表面等离激元共振吸收带内都具有可饱和吸收特性。利用长径比为4.5的金纳米棒薄膜作为可饱和吸收体，掺镱石英光纤作为增益介质，研制出波长为1039nm的锁模光纤激光器，其脉冲宽度为440ps，重复频率为36.6MHz，平均功率为1.25mW。利用长径比为5的金纳米棒薄膜作为可饱和吸收体，掺铥石英光纤作为增益介质，研制出波长为1982nm的锁模光纤激光器，其脉冲宽度为4.02ps，重复频率为37.49MHz，平均功率为6mW。（3）另外，我们知道，利用掺铥或铒石英光纤作为增益介质分别可以实现2或者3μm波段的锁模激光器，但是在23μm之间的波段，还没有合适的稀土离子掺杂光纤作为增益介质。为了解决该问题，作者提出利用光纤中的孤子自频移效应来实现波长大于2μm的宽调谐拉曼孤子激光器。在实验上，首先研制出2μm掺铥锁模光纤激光器，进一步利用啁啾放大技术将2μm超短脉冲激光的平均功率提升瓦量级，最后将放大后的光耦合进一段高非线性石英光纤中，利用孤子自频移效应实现了覆盖22.35μm波段的宽调谐拉曼孤子激光输出。