中文摘要：

石墨烯材料是一种很好的非线性光学材料，多光子吸收(主要是双光子吸收和三光子吸收)是使其应用于光电器件制作的重要非线性光学效应之一。目前对于石墨烯及其低维纳米材料中双光子吸收性质的理论研究滞后于其实验研究，缺乏准确和完备的理论来证实实验数据的可靠性。本课题拟以单层、双层石墨烯以及石墨烯纳米带、石墨烯量子点为研究对象，试图从微观角度运用相对论性的量子力学，从狄拉克方程出发建立石墨烯狄拉克费米子系统的多光子吸收理论，获得石墨烯及其相关材料的多光子吸收谱，分析石墨烯结构对多光子吸收性质的影响，并进行相关实验测试来验证理论模型的正确性。本课题是非线性光学理论与新材料的有机结合，不仅将会完善狄拉克费米子系统多光子吸收效应的理论研究，同时，也会为石墨烯材料在光电器件的制作与应用提供理论指导。

结论摘要：

多光子吸收是将石墨烯材料应用于光电器件制作的重要非线性光学效应之一。本课题以单层、双层石墨烯为研究对象，从微观角度运用相对论性的量子力学，建立了单、双层石墨烯材料单、双光子吸收理论，获得了石墨烯及其相关材料的光学吸收谱，分析了石墨烯的层数对光学吸收性质的影响，并进行了相关实验测试来验证了理论模型的正确性。研究结果表明，单层石墨烯单光子吸收系数为常数, 约为6.8×107m-1，即单层石墨烯对入射光的吸收率约为2.3%；双层石墨烯的单光子吸收比单层石墨烯的单光子吸收强,且随入射光波长呈分段性变化；单层石墨烯的双光子吸收系数与波长？4成正比；双层石墨烯双光子吸收系数在红外波段(~ 3100 nm处)有一个很强的共振吸收峰；外加电场可对双层石墨烯双光子吸收起到调谐的作用。研究结果可为石墨烯材料在光电子器件的研究和制作方面提供指导。