极化激元在空间分布上的高度局域化传播为现代光学芯片集成与高速光学信号处理提供了一个新颖的思路。出于系统能耗的思虑,光学系统中有效载荷的有限激活与模块隔离均十分重要,对常规硅光芯片1310 nm或1550 nm的工作波长而言,其所需的隔离空间相应较大,这极大地限制了片上光学系统的集成度。相较于常规硅光芯片,石墨烯-六方氮化硼异质结构中支持的复合表面等离-声子极化激元可以在硅基芯片的基础上实现小于300 nm的导波波长,可有效地缩小同等光学功能需要的芯片面积,避免冗余隔离模块造成的空间浪费,在保证系统能耗水平的同时显著提高集成度。本文从六角晶格中的近自由电子气出发,开展了物态本性与微观粒子宏观电磁响应的系统性研究,取得了在材料电磁参数表征、偶极子倏逝场选择性耦合与双曲材料中极化激元的可调激发等方向的一系列研究成果,为光电芯片集成系统提供有效的设计思路,也同时为后续更深入的光子动量表征、光与粒子相互作用、场与粒子本性的探讨奠定了理论基础。具体研究内容如下:（1）不同费米能级石墨烯电导率张量的表征。运用紧束缚法和自洽场模型分析获取了各向异性的石墨烯电导率张量。依据石墨烯六角晶格内部的声子与电子模式以及能带结构,阐明了晶格振动产生的声子动量p、石墨烯表面近自由电子气具有的电子动量hk与外加电磁矢势所具有的空间波矢hq对石墨烯能带上电子的跃迁所具有的影响。进而在不同费米能级下导出了对应的石墨烯电导率。（2）双曲材料中索末菲路径积分的适用性研究。分析了单轴晶体中上黎曼面与下黎曼面分支线的漂移与旋转,并根据六方氮化硼的双曲色散特性揭示了上下黎曼面的互换性质。在石墨烯-六方氮化硼异质结构中研究并确定了合理的索末菲积分路径,在保证准粒子激发的同时不引起反粒子的干扰。（3）单层石墨烯-六方氮化硼异质结构波导中导波模式的可调定向激发研究。以被单层石墨烯调制的六方氮化硼波导为研究对象,给出了该异质结构波导在六方氮化硼低光学支区域对复合表面等离-声子极化激元的模式特性。当石墨烯化学势低于0.1 e V时,异质结构仍表现声子极化激元特性,其群速度方向与相速度相反,具有反常传输特性;当激励源为左旋圆极化电偶极子时,偶极子下方所激发导波模式会沿着波导向右单向传播。当掺杂浓度逐步升高,异质结构中极化激元的特性逐渐向石墨烯表面等离激元偏移;当石墨烯化学势达到0.4 e V时,异质结构几乎表现为表面等离极化激元,其群速度方向与相速度一致,此时左旋圆极化电偶极子所激发的极化激元会沿着波导表面向左单向传播。（4）特殊极化偶极子源倏逝波准粒子的辐射特性与多层异质结构波导的可调定向耦合研究。分析并拓展了圆极化偶极子所携带的倏逝波准粒子的时间与空间对称性。进一步考虑了如惠更斯偶极子（Huygens dipole）、贾努斯偶极子（Janus dipole）可激发的倏逝波准粒子特性。研究了五层波导中双石墨烯-六方氮化硼异质结构在源两边与上述特殊极化偶极子之间的耦合情形,给出了不同偶极子所携带的自旋动量与异质结构电子/声子之间的相互激发。本文所得到的结论符合物理预期,即异质结构中的元激发遵循维格纳法则（Wigner’s rule）,被激发的极化激元具有与激励源等同的自旋动量。因而,圆极化源激励的场具有空间奇对称性;惠更斯偶极子激励的场竖直偶对称;贾努斯偶极子激励的场水平偶对称。