纳米光学是近几十年兴起的一门学科,以实现光子在纳米尺度的人为操控为目标。迄今为止,纳米光学中有三个重要的研究方向,分别为二维材料学、极化激元学和近场光学,分别提供了有效的操控平台、增强的光与物质相互作用和强大的表征技术手段。本论文中所关注的是上述三个方向交叉领域中存在的新奇物理现象。通过近场光学测量和理论计算,重点研究了石墨烯表面等离极化激元和氮化硼双曲线型声子极化激元的近场光学性质。论文主要包括三个部分:1.研究了石墨烯不同边界手性下的电子能带结构和相应的表面等离激元动力学过程。实验和数值模拟计算表明,zigzag边界处精细的子带结构提供了额外的光吸收通道,增加了光电导。与此同时,zigzag边界态的有效宽度可以通过入射光波长和石墨烯费米能级进行有效调控,其局域因子高达1/188,高于衍射极限两个数量级。此外,实验表明等离激元在zigzag边界处具有比在armchair边界更长的弛豫时间。这一部分验证了等离激元可以作为一种光学探针去研究材料的拓扑结构和电子能带结构等。2.实现了石墨烯等离激元安德森局域的实空间成像。随着石墨烯体系无序度的增大,等离激元由扩展态变为弱局域态,最终变为安德森局域态。实验表明,安德森局域可以增强光与物质的相互作用和光子的纳米局域,体局域因子高达10~7。基于标度理论和近场测量,我们首次得到了石墨烯等离激元的局域化长度、平均自由程和迁移率边。这一部分首次将无序度的概念引入极化激元学领域,也为其调控提供了一种新的自由度。3.实现了氮化硼双曲线声子极化激元的非干涉成像以及物理性质调控。数值模拟计算和实验表明,褶皱和金纳米结构可以激发声子极化激元并得到其非干涉的波前图像。通过比较三种不同的激发机制,我们发现非干涉的声子极化激元具有更低的衰减系数(γ~0.028)。此外,我们还通过改变氮化硼所处的介电环境调控了声子极化激元的本征性质,包括波长、色散和群速度。这一部分通过避免干涉简化了近场光学成像的物理图像,有助于揭示极化激元的本质属性。同时,也为极化激元的调控提供了一种除背栅电极方法外的新思路。综上所述,近场光学成像技术的发展为多个领域带来了新的契机。本论文主要关注纳米光子学中几个重要研究方向的交叉领域,揭示其中新奇的光学现象和背后的物理机制。作者相信,近场光学与其它领域的结合会为我们打开通往新物理世界的大门。