石墨烯自2004年发现以来，以其优异的机械、热学、光学和电学特性引起了从基础物理到新型材料应用等领域的广泛研究兴趣。到目前为止，石墨烯已经被应用于超级电容器、柔性光电器件、透明导电电极、生物医学等诸多领域。石墨烯作为一种新型的碳同素异形体材料，其所有碳原子以蜂巢状六边形结构被限制在原子厚度平面内；而氧化石墨烯作为石墨烯的一种重要衍生物，具有与石墨烯类似的结构，在单层石墨烯基面和边缘结合了大量含氧官能团。由于大量亲水含氧官能团的加入，使氧化石墨烯中既保留了类石墨烯的sp2团簇，又含有氧化的sp3团簇。含氧官能团的加入使氧化石墨烯具有良好的生物相容性和化学稳定性，同时使其具有优异的物理和化学特性。通过还原调节氧化石墨烯中sp2和sp3团簇相对比例可以实现对光学和电学特性的调控。目前，基于氧化石墨烯独特的物理和化学特性已被广泛应用于场效应管、薄膜晶体管、柔性电极材料、传感器、发光二极管、能源存储器件、催化剂等领域。　　本论文主要开展氧化石墨烯光学特性的光场调控及其应用研究。本论文通过激光照射氧化石墨烯过程中的光致还原效应，研究了氧化石墨烯荧光强度、荧光寿命、吸收强度、表面形貌随激光照射时间、照射功率的变化关系，利用时间关联单光子计数技术测量了光致还原单层氧化石墨烯过程中荧光寿命变化，分析了其动力学过程，推测了光致还原的反应路径。利用激光照射氧化石墨烯淬灭其荧光效应，通过局部调节氧化石墨烯薄膜光学特性制备具有准均匀荧光发射特性的氧化石墨烯薄膜，并且在准均匀荧光发射氧化石墨烯薄膜上制备了单层和多层基于荧光强度变化的微纳成像。同时，利用激光照射氧化石墨烯过程中的寿命变化，通过激光直写技术在氧化石墨烯薄膜上制备了基于氧化石墨烯荧光寿命变化的微纳图形。研究还表明，在氧化石墨烯的光致还原过程中，其吸收强度随着还原程度的加深而增大；利用光场对氧化石墨烯吸收特性实现了高效的调控，同时实现了对量子点与氧化石墨烯能量转移效率和速率的操控。　　本论文工作创新点：　　1.开展了氧化石墨烯光学特性的光场调控研究，给出了光致还原过程中氧化石墨烯荧光强度及寿命随激光波长、功率、照射时间的变化关系。利用时间相关单光子计数技术实时测量了单层氧化石墨烯光致还原过程中的荧光寿命变化，通过双指数衰减函数拟合了氧化石墨烯的时间分辨荧光衰减曲线。研究表明：氧化石墨烯荧光来源于氧化石墨烯中sp2团簇和羟基：sp2团簇荧光辐射弱，寿命约0.14ns，且不随激光照射而改变。而羟基荧光辐射强，寿命约1.37ns，并且随着激光照射其强度（相对比例）发生急剧变化。利用光致还原前后氧化石墨烯的傅立叶变换光谱分析光致还原的微观机理；通过还原前后氧化石墨烯的形貌表征，实验验证了还原机理。解决了氧化石墨烯还原过程微观机理不明确的问题。　　2.基于光场调控氧化石墨烯荧光强度和寿命特性，实现了微纳图形制备与信息存储。通过改变光致还原过程中激光的照射时间和功率，实现了对氧化石墨烯还原程度、荧光强度和荧光寿命的精确调控。通过调节氧化石墨烯薄膜局部光学特性，获得了具有准均匀荧光发射特性的氧化石墨烯薄膜，并制备了复杂的高分辨微纳结构，其误码率低于0.2%。通过精确调控局部还原程度以调节其荧光寿命，实现了基于荧光寿命变化的微纳图形制备。通过优化实验参数，实现了四个可分辨的窄带荧光寿命分布。基于氧化石墨烯可分辨的多寿命荧光分布在其上实现了多模式微纳成像和光学信息存储。基于荧光寿命变化的微纳成像图具有不依赖薄膜厚度(12-20nm)和读取激光功率(0.5-1.5μW)的稳定特性，解决了氧化石墨烯微纳成像受激光功率、薄膜厚度等因素造成的信噪比差、分辨率低的问题。　　3.首次提出并利用光场调控实现了对氧化石墨烯与量子点之间荧光共振能量转移的操控。实验中分别测量了玻璃基底和氧化石墨烯膜上量子点的荧光发射特性，发现玻璃基底上量子点荧光强度和寿命均大于氧化石墨烯膜基底上荧光强度和寿命。氧化石墨烯膜上量子点荧光强度和寿命随氧化石墨烯还原程度的增加而减小。通过调节氧化石墨烯还原程度，使转移效率由0.30提升至0.70；转移速率由2.5×10-3ns-1增大到14×10-3ns-1，实现了对量子点荧光辐射特性的调控。