电磁场量具有自旋属性,可被用于操控光及电磁波的传播行为,在微波RF前端、光子系统等方面具有潜在的广泛应用。相比于传统研究下的纵向自旋,具备横向自旋特征的电磁态允许人们通过平面内结构操控同样受限于该平面内的波动传播,在光子的操控方面具有体制优势,具有巨大的应用潜力。在以往研究中,横向自旋都是在边界受限系统中实现的,如表面等离子体激元、干涉场以及聚焦场。但此类横向自旋光子态一旦脱离这些限制条件,其具备横向自旋属性的特殊电磁模式将难以保持,因而其应用范围极为有限。实现在均匀媒质中激发电磁横向自旋体态具有基础性研究意义。本硕士论文从基础的麦克斯方程组和物质电磁本构关系入手,针对两类典型媒质的电场横向自旋体态展开研究,推导了各向异性媒质（或回旋媒质）和双各向异性媒质（或非对称结构超构材料）实现横向自旋体态的理论公式,建立了相关波动理论依据。具体内容包括:1、从表面等离子体激元的横向自旋表征入手,将其在倏逝波电磁场量与均匀媒质中的横向自旋体态进行数学形式上的映射,获得了相关媒质的电磁本构体征。进一步地,基于横向自旋体系的镜像对称性原则,通过麦克斯韦方程组原理获取支撑横向自旋电磁体态波动的媒质本构关系,论证了两类典型均匀媒质符合激发横向自旋电磁体态的媒质条件,即双各向异性媒质（或非对称结构超构材料）和各向异性媒质（或回旋媒质）。2、求解了双各向异性媒质中的电磁波解,研究了该媒质本征波动效应中的內赋横向自旋物理属性;通过分析TM模式下的色散关系和波动行为,探讨了磁电耦合与其电磁绝缘特性之间的联系。深入的理论分析表明,由于其内赋的横向自旋属性,此类双各向异性媒质内部的电磁体态表现出因自旋引起的电磁绝缘特性,类似于电子自旋引起的霍尔效应和拓扑绝缘体。根据这一原则,我们求解了两个具备相反自旋属性体块交界面上的电磁波解,获得了稳定的非自旋属性边界态,且该边界态可在零折射率条件下具备单向的传输性。采用非对称结构开口谐振环（USRR）来构造人工双各向异性媒质体块,通过实验的方式对理论所得加以验证。3、求解了回旋媒质（Gyrotropic medium）中的无源麦克斯韦方程,深入探讨其内部电磁波的传播行为,建立了该类媒质中电磁场量横向自旋与其电磁禁带特性之间的关系;通过分析横向自旋电磁态的坡印廷功率流分布,直观展示了回旋媒质中因自旋相消引起的单向电磁传态现象。深入的分析表明,由于时空反演对称性（宇称对称性）被破缺,均匀回旋媒质中的电磁波场量呈现出恒定的横向自旋特性,具有固定不变的自旋角动量和拓扑不变量,这一效应使得该类媒质可以如晶期结构光子拓扑绝缘体那样具备內赋的电磁波能流轨道自旋性,且存在具备单向传播特征的“体块-边界态”关联,具有潜在的重要应用。