随着半导体技术以及激光品质的提高,一种由激子和光子的强耦合形成的准粒子——激子极化激元成为了实现玻色爱因斯坦凝聚体新的实验手段。与一般的凝聚体实现方法不同,激子极化激元是半导体微腔的耗散和驱动共同作用下的非平衡体系,具有有限的寿命。极化激元的光子部分会不断地从微腔中漏出,科研人员通过观测漏出的光子便可以得到极化激元的全部信息。由于极化激元的哈密顿量是非厄米的,所以这个系统是实现非厄米拓扑、非平衡霍尔效应,非平衡朗道隧穿等现象良好的实验平台。本文主要研究了自旋自由度对于极化激元的影响,并提供了两种理论模型。一种是通过光子的不同偏振形式,当其与激子耦合的时候可以看作赝自旋为1/2的准粒子。在平衡系统中双组分的凝聚体具有自旋非极化到自旋极化的转变,极化激元的耗散将影响双组份凝聚体的基态相变和元激发谱。另一种是通过把激子极化激元凝聚体制备到双阱中,使得不同势阱中的凝聚体可以看成两个互相独立但是又有相互作用的组分。结合目前的实验条件以及上述假设,本文研究了具有自旋自由度的极化激元的奇异量子行为并给出了物理解释,具体的研究内容如下:1.旋量极化激元凝聚体的稳态以及线性元激发。通过平均场近似的方法,本文提出了旋量极化激元的基态,随着不同组分之间相互作用的增强会经过从自旋非极化到自旋极化的转变。紧接着利用Bogoliubov变换,本文给出了极化激元在不同相下的线性元激发谱以及它们的偏振方式。为了观测Bogoliubov谱的负能部分,本文计算了旋量极化激元的光致发光谱,为实验观测提供了理论基础。2.暗亮孤子在旋量极化激元的传播动力学。非线性激发中的暗亮孤子能具有更强的稳定性和抗噪声能力,是重要的信息传输手段。本文通过哈密顿变分法,用数值模拟和解析推导相结合的方式得到了暗亮孤子在激子极化激元传播的质心位置满足的运动方程。接着本文测试了暗亮孤子抗噪声能力和横向不稳定性,发现暗亮孤子能够在耗散系统中传播足够长的时间并被目前的实验所观测到。3.激子极化激元凝聚体中的非线性朗道齐纳隧穿过程。通过双模近似,本文得到了处在周期势阱中的极化激元的朗道齐纳有效模型。此外,本文还研究了库源的涨落以及两个势阱中凝聚体的相对相位对于激子极化激元隧穿过程的影响,并在相空间找到了有效模型的哈密顿量稳定点与极化激元能带的对应关系。