石墨烯是平面六角蜂窝状排布的单层碳原子结构。近年来,石墨烯因其优异的光学和电学等性质而受到学术界广泛的研究兴趣和关注。石墨烯对于可见和红外波段的光谱具有吸收和超快响应等特性,特别是所呈现优异的载流子迁移率和超快光学响应特性,使得石墨烯在较宽的光谱区尤其是在中红外波段的光电探测领域具有显著性能优势和广泛的应用前景。然而,对于石墨烯材料的带隙进行人工调控依然属于有待被深入研究的难题。氧化石墨烯结构是在石墨烯的基础上,在碳原子层的平面内和边缘附载了环氧、羟基、羧基和羰基等化学官能团,使得氧化石墨烯的化学分子式很复杂。对于氧化石墨烯的还原程度的控制可以间接控制带隙,从而能够对石墨烯光学性质进行人工调控,在不同光谱区实现不同的光学吸收和超快光学响应等特性。通过可控的还原过程不仅可以使得氧化石墨烯完全还原为零带隙的石墨烯,还可以在还原过程中对石墨烯材料的光学响应特性进行调制,这对于研究因附有不同化学官能团所导致石墨烯具有不同的光学响应和吸收特性提供了新的实验方法和技术途经。理论上己对附有不同化学功能团的石墨烯能带结构进行了研究,但实验研究较滞后,仍难以通过化学功能团的改变来实现对石墨烯能带结构的可靠调控,关键是需要深入研究和认识石墨烯能带结构随化学官能团变化的机理。在本论文工作中,首先采用化学溶液还原的方法制备了石墨烯及其氧化物样品,并采用拉曼光谱和透射电子显微镜等光学手段对石墨烯样品的基本特性进行了表征,以及用基于椭圆偏振光谱法的色散模型研究了石墨烯样品的厚度及带隙宽度,显示了研究中所采用的样品制备与多种实验测量和表征方法相结合方法的可行性。在此基础上,制备了一系列具有不同氧化还原度的氧化石墨烯样品,通过多种光学测量手段研究了氧化石墨烯样品的光学吸收,包括厚度和缺陷等特性随不同化学功能团和元素组成的变化规律,并通过椭圆偏振光谱术研究了还原过程中石墨烯的带隙演变过程和机理。研究发现,导致不同还原度氧化石墨烯呈现不同吸收特性的机理源于带间和带内光学跃迁机制的变化,通过实验数据拟合,获得的还原过程中的带隙宽带能随功能团的调节从2 eV减小至0.02 eV,这与基于第一性原理计算所得的能带变化结果相符合。研究中给出了针对不同还原度氧化石墨烯过程的完整光学检测方法,并提出了一个基于椭圆偏振光谱术的快速无损监测石墨烯带隙的方法,能够将椭偏光谱色散模型中的洛仑兹振子模型用于氧化石墨烯材料的能带调制细节研究,这给石墨烯材料的规模化制备和实时特性检测提供了有效的技术途经,为石墨烯在光电探测领域的推广应用建立了材料制备和特性检测基础。在研究中,为促使实现石墨烯器件的应用性能,用化学还原石墨烯制备了场效应晶体管。针对石墨烯表面的杂质和残余物对器件性能的影响,探索采用了一种低密度的氩气感应耦合等离子体源对石墨烯进行了表面刻蚀。通过刻蚀条件的优化,使得刻蚀后的样品更接近于纯净石墨烯的电学性质,提高了器件的性能,为石墨烯生产更易与硅基半导体器件的清洗工艺相兼容提供了制备基础。