表面等离子体耦合发射法（Surface Plasmon Coupled Emission,SPCE）是利用平滑金属薄膜产生的表面等离子体与其表面近场范围内的激发态偶极子相互耦合之后在棱镜侧产生增强的定向发射光学信号技术,能够有效提高检测灵敏度。SPCE由于其独特的性质,如定向发射性、P偏振性、波长分辨性和背景抑制性等,近年来已被广泛应用于分子检测、生化传感分析、生物组织成像等领域。荧光技术具有灵敏度高、检测快速等优点,但荧光谱峰较宽易重叠。拉曼技术具有窄谱带和丰富的分子指纹信息等优势,但由于其信号较弱往往需要较长的采集时间。荧光与拉曼技术联用可发挥各自优势并互补解决存在的不足,近年来在生物检测尤其是高通量检测中越来越受到重视。实际上,SPCE原理不仅仅适用于荧光领域,同样也适用于拉曼领域,分别称为表面等离子体耦合荧光（Surface Plasmon Coupled Fluorescence,SPCF）和表面等离子体耦合拉曼（Surface Plasmon Coupled Raman,SPCR）。本论文致力于多功能表面等离子体耦合定向发射一体化检测系统的构建及其在传感分析领域中的应用研究。论文共包含五章:第一章绪论。该章首先概述了表面等离子体增强光谱学并阐述了 SPCE的原理及SPCE的基本光学性质。其次,详述了近年来基于SPCE的仪器发展和应用研究。之后,介绍了荧光与拉曼技术的联用。最后提出本论文的研究设想。第二章基于棱镜构型的高效多检测模式荧光光谱和成像系统的构建。为了满足不同检测体系对检测方式的多样化需求,设计具有共轴的双“凸”结构式的上中下三层电动旋转台以及配套的功能多样化的集成控制软件,成功研制了高效多检测模式的荧光系统。通过荧光光谱及成像考察了 Reverse Kretschmann（RK）-SPCF检测模式下荧光信号的基本性质和仪器的自动化性能;此外,以光谱信号为例考察了 Kretschmann（KR）-SPCF,表面等离子体场增强荧光（SPFS）和自由空间（FS）三种检测模式下的荧光信号。实验结果表明仪器的自动化大大提高了检测效率;在棱镜侧收集的信号均为具有高度定向性和P偏振性的SPCF信号,且成像和光谱通道可同时得到较好的SPCF信号,而在样品侧收集的SPFS和FS信号无定向性和偏振性;KR-SPCF的信号强度远远强于其它三种模式。通过不同模式的光谱和成像信号强度的对比均可方便地估算表面等离子体瞬逝场增强效应。该高效多检测模式系统的构建有望为金属增强荧光机理研究以及生物分析原位追踪检测领域提供一个多功能检测平台。第三章表面等离子体耦合定向荧光及定向拉曼一体化检测系统的构建。为了获取更加多元化的样品信息并更加充分地利用SPCE的定向发射信号,以正四棱锥棱镜作为耦合元件,设计了主共轴三旋转台和侧臂共轴双旋转台组成的三维空间立体结构,成功构建了 SPCF和SPCR一体化检测系统。以同时掺杂有荧光和拉曼分子的PVA薄膜为对象考察了棱镜侧荧光和拉曼信号的基本性质。通过改变荧光信号和拉曼信号的重叠程度考察了该系统的波长分辨优异性。实验结果表明在棱镜侧采集的荧光信号和拉曼信号均具有高度的定向性和P偏振特性,发射角度与理论模拟角度一致。当拉曼信号与强荧光信号重叠而被淹没时,利用该系统能够有效避免荧光对拉曼的干扰,首次在无需使用光束分离系统或切换激光光源时,在同一系统上采用同一激发波长激发即可实现同时分别获取同一样品的SPCF光谱、SPCR光谱和SPCF成像等多元化信息。第四章基于定向荧光和定向拉曼同步检测的传感分析。该章在SPCF和SPCR一体化检测系统的基础上首次提出了基于定向荧光和定向拉曼同步检测的传感技术,以人IgG为检测对象对其可行性进行探究。首先合成了荧光-拉曼纳米复合探针并用其标记靶向蛋白分子,构建了定向荧光和定向拉曼同步检测的三明治免疫传感体系,并与常规的自由空间方向的荧光与SERS传感体系进行对比。实验结果表明,基于定向荧光和定向拉曼同步检测的免疫分析体系可方便地直接采集得到SPCF和SPCR信号,在FS方向由于荧光对拉曼信号的强干扰,只能检测到荧光信号,几乎无法得到拉曼信号。将SPCF和SPCR一体化检测系统用于荧光和拉曼联用传感分析领域,可避免检测过程中更换激发光波长或者检测器的繁琐操作,即使在拉曼信号被强荧光信号掩盖的免疫传感体系中,采用同一激发波长就能实现定向荧光和定向拉曼信号的同步检测,大大地简化实验步骤,并显著地提高体系检测灵敏度,在高通量免疫阵列以及生物传感领域的实时动态过程监测中具有潜在的应用前景。第五章结语与展望。对本论文的主要研究工作和创新性进行了总结,并对研究工作的进一步深入进行了展望。