调Q红光固体激光器因其特殊波长、大脉冲能量与高峰值功率等特征，在军事、激光显示、微加工、医学及激光测距等领域具有广泛的应用前景。掺镨氟化钇锂晶体(Pr∶YLF)的激光特性优良，是产生红光的理想增益介质，然而，目前仍鲜有脉冲Pr∶YLF激光的报道。以石墨烯和拓扑绝缘体为代表的二维材料是近年崛起的新型宽带可饱和吸收体，具有非常特殊的物理光学特性，因此受到了国际上激光工作者的高度关注。但是目前二维材料主要应用于近红外波段脉冲（调Q/锁模）光纤激光器及固体激光器，其在可见光波段的可饱和吸收特性研究仍罕见报道。结合红光Pr∶YLF固体激光器与新型二维材料的优势，可获得高性能的红光脉冲激光，这在科学研究与工业应用中都将具有深刻意义。目前，仍未有基于二维材料的红光固体激光器的报道。这可能是因为:1）相对于近红外波段来说，红光发射谱线的上能级寿命较短，较难形成大量的反转粒子堆积，进而影响腔内的光子累积;2）Pr∶YLF的吸收谱显示，其吸收峰主要集中在蓝光波段，因此腔内二维材料可饱和吸收体可能会受到泵浦光干扰，从而影响红光脉冲的形成;3）固体激光器虽然可以实现大功率输出，但是与光纤激光器相比，其光斑半径比光纤激光器大了上百倍，腔内增益却比光纤激光器小几倍到十几倍，这意味着腔内光功率密度较低，不容易达到二维材料的可饱和光强，使得红光调Q难以获得。鉴于以上原因，研究二维材料红光固体激光器具有现实意义，同时也富有挑战性。　　本文以二维材料红光固体激光器研究为中心，从理论仿真与实验研究两方面开展工作。首先详细介绍了石墨烯与拓扑绝缘体两种材料的物理光学特性，并理论分析了利用石墨烯实现红光Pr∶YLF调Q脉冲。本文进一步采用化学气相沉积法(CVD)石墨烯与液相剥离法(LPE)拓扑绝缘体(Bi2Se3)作为可饱和吸收体，获得了红光640 nm Pr∶YLF固体调Q激光器。同时针对实验内容的不足之处进行合理分析并提出可行的改进方案。主要成果如下:　　1.建立了石墨烯红光被动调Q固体激光器的速率方程，并分别对单层、双层与5层石墨烯作为可饱和吸收体进行Matlab数值模拟，结果显示石墨烯层数越少，其调制深度越低，调Q脉冲容易饱和，采用5层石墨烯作为可饱和吸收体，可获得性能较好的红光调Q脉冲。　　2.实验实现CVD石墨烯被动调Q640 nm红光Pr∶YLF固体激光器，最小脉冲宽度为360 ns，对应的重复频率为260 kHz，重复频率随泵浦功率增大而增大，符合典型调Q脉冲的变化规律，但相对于仿真结果，实验获得的调Q激光脉冲宽度较大，并且脉宽随泵浦功率的增大先减小后增大，这可能是由于可饱和吸收镜不均匀，插入损耗过大引起的。针对这一结果提出改进方案:1）采用多层CVD石墨烯，减少转移次数，从而提高石墨烯可饱和吸收镜的质量和调制深度。2）增大腔内增益，减小石墨烯可饱和吸收体上的信号光的光斑大小，从而增大光功率密度。　　3.实验获得拓扑绝缘体(Bi2Se3)被动调Q640 nm红光Pr∶YLF固体激光器，脉冲重复频率从247.5 kHz逐渐增加至354.6 kHz，脉冲宽度先缩短再几乎呈线性展宽，与石墨烯调Q实验结果相似。由于可饱和吸收镜的制备是实现可见光二维材料被动调Q固体激光器的关键，实验中调Q激光的性能不够理想也是由于可饱和吸收镜的缺陷造成。针对这一情况，给出四种不同的改进方案:1）采用挤压的转移方法将二维材料溶液转移至衬底基片上，可保持表面均匀平整;2）将可饱和吸收体直接沉积至输出镜，以减少腔内器件，避免增加额外的插入损耗;3)借鉴微片激光器的理念，可尝试采用平平腔结构，将输入输出镜直接紧靠在增益晶体构建谐振腔。4）采用散热性能好并且不会对信号光吸收的材料作为衬底基片。