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拉曼光谱是一种散射光谱,被广泛应用于纳米物质分子检测。随着激光和纳米技术的不断进步,拉曼光谱检测技术的优点更显突出。基于针尖增强效应的拉曼光谱检测技术(TERS 技术)通过近场光与物质分子相互作用实现电磁场增强效应,突破了拉曼光谱信号微弱的局限性,推动拉曼光谱技术达到单分子检测水平,能够检测与分析纳米物质的成分和结构特征。因此,TERS 技术具有广阔的前景。本文主要对针尖结构的TERS增强效应机理进行理论探究和仿真分析。论文主要完成以下研究工作: 首先,理论研究了针尖增强拉曼光谱效应的基本原理和影响因素,分析比较了TERS增强效应评价方法,并确定了TERS效应的数值计算方法及仿真分析平台。其次,在传统针尖类型的基础上提出了具有内凹弧度的圆锥形针尖、分段式内凹弧形针尖和“葫芦”形针尖三种新型针尖结构,并分别建立了基于FDTD Solutions的时域有限差分法仿真模型,计算了不同针尖结构的电磁场增强因子,结果表明具有内凹弧度的圆锥形针尖增强效果最佳。最后,建立了FDTD Solutions下的拉曼光谱TERS模型,模型采用具有内凹弧度的圆锥形针尖,进一步仿真分析了针尖镀层材料和厚度、激励光源入射角度、样品粒径、针尖-样品间距对TERS效应的影响。结果表明:在波长为632.8 nm的光源激励下,当W针尖上镀Ag涂层厚度为 4 nm,光源入射角度为72°、样品粒径为140 nm且针尖-样品距达到2 nm时可产生最大的TERS增强因子。 本文研究可为制备更高增强效率探针针尖、研制高空间分辨率和高检测灵敏度拉曼光谱仪提供参考,也有助于提高我国拉曼光谱检测技术的研究水平和技术能力。