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表面增强拉曼散射（SERS）作为一种无接触、高灵敏、零损伤、可重复的检测与分析技术,近些年来已经获得了广泛的研究。进一步结合先进的飞秒激光微纳加工技术和高精度的微流控芯片检测技术,使得SERS技术在生物医学、环境监测以及传感检测等领域具有巨大的应用潜力。然而,如何实现超高的SERS增强因子与高性能的SERS基底是SERS研究领域最为关键的问题。本论文基于矢量光场调控与飞秒激光直写技术,一方面研究了光场偏振与氧化石墨烯/金纳米棒（GO/AuNRs）互相作用的物理机制实现电磁场增强,另一方面通过激光刻蚀构造优良的氧化石墨烯/金纳米粒子（GO/AuNPs）复合基底实现化学增强,具体研究内容如下:首先构建了GO/AuNRs复合基底,基于FDTD Solutions仿真软件通过改变入射光源的偏振态研究SERS效应。发现径向偏振光激发GO/single-AuNR的SERS增强因子达到108,较相同条件下的线偏振光和角向偏振光激发分别高了6个和10个数量级。这种增强机理主要归因于径向偏振光场独特的轴对称偏振分布更有利于表面电磁场的相干共振。进一步详细探索在径向偏振光激发下不同氧化石墨烯厚度、金纳米棒数量、形状以及排列方式等对SERS性能的影响。结果表明,当氧化石墨烯厚度为3nm、金纳米棒一端削为40度锥角且相应的尖端半径为1nm时,SERS增强因子可高达1013。这种增强的机制主要源于与氧化石墨烯接触的极小尺寸尖端处产生超分辨的表面等离子体热点。进一步提出了紧聚焦矢量光激发GO/AuNRs复合基底模型来对SERS性能进行研究。由于径向偏振光紧聚焦后获到一个超分辨的纵向场和金纳米棒的轴平行,对GO/single-AuNR激发产生的SERS增强因子为2.3 X 1012,而相同条件下的角向偏振光紧聚焦后只得到了一个中空的角向场,产生的SERS增强因子为36。当增加金纳米棒数量,SERS效应也随着提高,但是氧化石墨烯存在与否和金纳米棒的形状对SERS效应基本没有影响。这种性能提高可能主要归因于径向偏振光紧聚焦产生的超分辨纵向场。最后实验上基于飞秒激光直写技术在氧化石墨烯薄膜基的材料上刻蚀微纳结构,制备性能优良的SERS基底。通过控制纳米位移平台以及激光的偏振态在复合基底上加工栅格结构,并使用扫描电子显微镜、光学显微镜、紫外可见吸收光谱仪以及拉曼光谱仪等进行表征分析。测量结果发现,径向偏振光加工氧化石墨烯基底的拉曼强度高于角向偏振光加工的,加工后的GO/AuNPs拉曼强度大于纯氧化石墨烯的拉曼强度,这主要由于加工过程中部分还原氧化石墨烯的sp2与sp3混合基团杂化实现电磁场的增强。