石墨烯具有非常良好的光學(xué)特性，在較寬波長(zhǎng)范圍內(nèi)吸收率約為2.3%，看上去幾乎是透明的。在幾層石墨烯厚度范圍內(nèi)，厚度每增加一層，吸收率增加2.3%。大面積的石墨烯薄膜同樣具有優(yōu)異的光學(xué)特性，且其光學(xué)特性隨石墨烯厚度的改變而發(fā)生變化。這是單層石墨烯所具有的不尋常低能電子結(jié)構(gòu)。室溫下對(duì)雙柵極雙層石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管施加電壓，石墨烯的帶隙可在0~0.25eV間調(diào)整。施加磁場(chǎng)，石墨烯納米帶的光學(xué)響應(yīng)可調(diào)諧至太赫茲范圍。 

當(dāng)入射光的強(qiáng)度超過某一臨界值時(shí)，石墨烯對(duì)其的吸收會(huì)達(dá)到飽和。這些特性可以使得石墨烯可以用來(lái)做被動(dòng)鎖模激光器。 [13]  這種獨(dú)特的吸收可能成為飽和時(shí)輸入光強(qiáng)超過一個(gè)閾值，這稱為飽和影響，石墨烯可飽和容易下可見強(qiáng)有力的激勵(lì)近紅外地區(qū)，由于環(huán)球光學(xué)吸收和零帶隙。由于這種特殊性質(zhì)，石墨烯具有廣泛應(yīng)用在超快光子學(xué)。石墨烯/氧化石墨烯層的光學(xué)響應(yīng)可以調(diào)諧電。 [14]  更密集的激光照明下，石墨烯可能擁有一個(gè)非線性相移的光學(xué)非線性克爾效應(yīng)