光纤激光器凭借着良好的光束质量、温度稳定性以及紧凑的结构等优点,近些年在微纳加工、光纤通信以及激光医疗等领域得到了广泛的应用。其中超短脉冲光纤激光器在实际应用过程中具有不可替代的价值,目前实现超短脉冲激光输出的主要方法为被动锁模技术,其中SESAM凭借着高稳定性得到了大量的研究与应用,但新型二维材料凭着宽波段吸收有望取代SESAM。目前常见的新型二维材料包括石墨烯、碳纳米管、拓扑绝缘体以及过渡金属硫族化合物等。其中拓扑绝缘体凭借着高非线性、与波长无关的全波段吸收以及高调制深度得到了广泛的研究。但是现阶段对于调制深度的调谐依然受到材料的固有限制,可调谐范围小,并且带来的非饱和吸收损耗大。此外,对于激光加工领域,如何实现高的重复频率超短脉冲输出也是亟需解决的问题。以上问题引起了研究者的兴趣与关注。本文的研究内容主要包括:1.从理论上介绍了拓扑绝缘体材料的光学特性,进一步的,介绍了实验上对非线性测量的常用方法,主要介绍了两种常用的测量手段——Z-scan和泵浦-探测技术,并从原理上分析了测量结果的实际含义;2.首先分析了高调制深度可饱和吸收体的意义。进一步的,基于掺杂效应制备了五种Bi2Te3基拓扑绝缘体作为可饱和吸收材料,通过一系列定量与定性的表征,证明了所制备的材料具有调制深度可调谐功能。为了分析调制深度可调谐的微观机制,基于第一性原理计算了五种材料的能带以及投影态密度,并基于此给出了解答。最后将五种材料应用于1.5μm光纤激光器中,实现了最短366 fs的脉冲输出,该激光器具有低增益、免偏振调节、自启动的特点;3.设计了非对称式含缺陷层非对称式一维光子晶体结构,该光子晶体由Si O2、Ta2O5以及Bi1.6Sb0.4Te3组成,其中Bi1.6Sb0.4Te3采用了低成本的自组装技术。通过开孔z扫描技术测试了光子晶体的非线性性能。将该光子晶体应用在光纤激光器中,在泵浦功率为317 m W时,实现了重复频率为3820 MHz的99阶谐波超短脉冲输出。