表面增强拉曼散射(Surface-enhanced Raman scattering，SERS)是一种高效率的分子光谱检测技术，激励光作用于金属/过渡金属纳米结构表面或附近时与分子发生相互作用，极大地增强拉曼活性分子的拉曼信号。基于此，SERS已经被广泛应用于微痕量物质检测乃至单分子检测，包括环境科学、药物检测、化学和生命科学等多个领域。但是传统散射光空间收集效率极低，本文利用波导结构的高收集效率，以波导耦合纳米粒子SERS探针为重点研究对象，理论分析波导SERS的增强机理，研究了金属纳米粒子的吸收特性与表现的SERS特性的增强因子之间的联系；数值计算了增强因子等重要评价参数；完成了对银纳米粒子(Silver nanoparticles,AgNPs)耦合空芯光纤SERS探针的制备及表征。具体包括如下几部分：
　　①从实验和理论两个角度研究了以银纳米粒子为SERS基底的吸收特性与拉曼增强因子的联系，结果表明：银纳米粒子的吸收光谱是各种银纳米粒子聚合体吸收光谱叠加后的曲线，是体吸收和表面吸收共同的作用；吸收光谱与SERS的增强因子之间存在一定关系，其中吸收光谱的第二个吸收峰(表面吸收峰)是影响SERS增强作用的关键，而第一个吸收峰(体吸收峰)对SERS几乎没有增强作用。
　　②利用光子格林函数、波导模式光量子学，结合理论仿真软件COMSOL Multiphysics理论分析了三种典型波导结构(条形波导，槽型波导，空芯光纤)的拉曼评价因数，结果表明槽型波导是用于放大波导耦合纳米结构SERS效应的理想结构；在此基础上，建立了各类槽型波导的三维模型，对比分析结果表明复合型槽型波导获得显著更高的拉曼增强因子(相对于槽型波导提高了2到3个数量级，相对于自由空间拉曼散射提高一个数量级)，主要是由于电场、珀塞尔因子、光物质相互作用体积和拉曼信号收集效率共同增加的结果。进一步，分析了特种空芯光纤和复合槽型波导结构，这两种波导结构相对自由空间拉曼散射都有明显的增强效果；虽然空芯光纤的效率较槽型波导更低，但是由于其光-物质作用的体积更大，仍然能得到较高的拉曼增强。
　　③制备了AgNPs耦合空芯光纤的SERS探针，并对不同类型的样品进行了拉曼测试(包括自由空间下的纯溶液、混合溶液以及空芯光纤中的纯溶液、混合溶液)，结果表明：纯光纤对拉曼具有一定的增强作用，其增强倍数约为1个数量级，而AgNPs修饰下的光纤结构具有更好的增强作用，增强倍数为纯光纤的几倍，原因在于光物质作用体积、收集效率、局域表面等离子体共振共同作用的结果，和理论分析结果趋势一致。进一步，研究了此SERS探针的自清洁功能。