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表面增强拉曼散射(surface Enhanced Raman Scattering,SERS)可以使吸附在具有合适粗糙度的金属表面分子的拉曼散射信号增加上百万倍。SERS还具有指纹效应、光谱确定性更好,因此有望成为单分子检测的重要工具。虽然人们对SERS现象有了比较清晰的认识,但是由于它是一种复杂的综合现象,对其增强机理的解释尚未达成完全的共识。
本文介绍了表面增强拉曼效应的化学增强机理和电磁增强机理的几种研究模型;针对研究电磁增强机理的表面等离子体共振模型,介绍了耦合电偶极子近似方法和长波长近似方法;讨论了几种金属的光学性质,利用金属纳米球模拟了真实的粗糙化的金属表面,研究表面增强拉曼散射的电磁增强机制。针对线偏振入射光,采用耦合电偶极子近似,并结合修正的长波近似给出了双银纳米粒子以及阵列周围电场分布。具体讨论了金属纳米球的性质、几何尺寸、排布方式、相邻粒子的间距、入射光偏振方向以及周围介质对消光效率和电场强度的影响。研究结果表明:双银粒子周围的电场强度分布依赖于入射光的偏振方向;银纳米粒子六角形阵列比正方形阵列的电磁增强效果要好,并且它们的增强效果随着间距的增加而减小。本文的研究结果将为SERS的基础研究以及应用开发起到很好的促进作用。