当光被束缚在纳米尺度时,将表现出高度的波长压缩和局域场增强效应。利用具有相反符号介电常数的介质界面可以产生和维持混合光物质模式即极化激元。二维范德华材料可支持准粒子-半光和半物质激发,产生范德华极化激元,如石墨烯（Gr）表面等离激元,六方氮化硼（hBN）双曲声子极化激元,过渡金属硫族化合物激子极化激元等。这类范德华极化激元具有低损耗、长寿命、强光场压缩等优异特性,是实现在纳米尺度上对光的操控的重要载体,在量子物理、纳米光子学、生物医学等领域有着重要的科学意义和实用价值。然而,如何利用二维范德华材料和结构在纳米尺度上对光的传播、吸收和拓扑量子态等进行动态调控,仍是该领域亟待解决的关键问题。本文围绕中红外波段响应的范德华材料——Gr,hBN,α相三氧化钼（α-MoO3）及其异质结的极化激元及其动态调控问题开展研究。首先论述了范德华极化激元学的发展现状、研究背景和研究意义,阐明了石墨烯等离激元、范德华极性介质声子极化激元的基本属性及其产生条件。总结了范德华材料极化激元的激发方式与调控方式,利用时域有限差分方法、传输矩阵法和有效介质理论等分析了范德华材料极化激元的界面传输特性,并探索基于实验制备的相关样品,利用散射型扫描近场光学显微镜实现范德华极化激元的近场成像,为二维材料与纳米光操控器件的设计与开发提供理论参考。本文主要的研究内容如下:1.Gr/hBN横向异质结双曲超表面的构建与动态调控。我们分别设计了石墨烯双曲超表面、hBN双曲超表面、Gr/hBN横向异质结双曲超表面三种人工超表面,并利用时域有限差分方法（FDTD）进行理论数值模拟。利用有效介质理论与传输矩阵法详细分析三种双曲超表面的结构配置与色散关系,研究石墨烯化学势对石墨烯双曲超表面和Gr/hBN异质结超表面的色散调控。利用石墨烯等离激元与六方氮化硼双曲声子极化激元相耦合的方式实现对石墨烯/氮化硼横向异质结双曲超表面的近场动态调控,发现该异质结双曲超表面可以兼具六方氮化硼和石墨烯双曲超表面的特性,表现出较大的光场可调性,具体包括极化模式的拓扑跃迁、单向极化波传播和局域态密度增强等。值得注意的是,该异质结双曲超表面在hBN剩余射线带外仍表现出双曲色散,其极化激元能以与hBN极化激元传播方向正交的方向传播。2.天然范德华双曲材料α-MoO3及其异质结的极化激元的传播与调控。我们利用FDTD软件对α-MoO3极性晶体的声子极化激元传播特性进行理论模拟,通过与石墨烯、hBN、4H-Si C等材料构筑异质结,研究α-MoO3声子极化激元的传播特性与调控方法。理论上通过改变石墨烯化学势实现平面内光场从双曲色散到椭圆色散的拓扑变换。同时,我们还研究了单层石墨烯的调控极限,发现单层石墨烯可以对厚度150 nm以下的α-MoO3声子极化激元进行有效调控。在α-MoO3与hBN、4H-Si C等极性材料结合形成异质结的模型中,我们突破了α-MoO3极性晶体的结构属性限制,在原本α-MoO3极化激元传播禁止的方向上实现了双曲声子极化激元的传播。基于实验制备的α-MoO3及其异质结样品,利用散射型扫描近场光学显微镜在实空间观察到了α-MoO3及其异质结的极化激元传播干涉条纹。综上,本论文主要对中红外波段响应的范德华材料极化激元的性质及界面传播特性进行研究,采用了折射光学、超光学和基底工程等界面光学调控技术对该类范德华极化激元进行调控,实现了在纳米尺度上对范德华极化激元的精确控制,不仅发现了许多新的现象,而且揭示了许多有价值的应用,包括纳米成像、传感、片上光学器件集成的新途径,以及未来几年纳米光子学领域可能出现的其他应用。