拉曼散射可以用分子振动能级来解释，如图1.1所示。在同一电子能级，由于分子的振动情况不同而分为若干“支级”，称为振动能级。在一定的温度下，处于不同振动能级的分子分布可以用玻尔兹曼分布公式来计算。在室温下，大多数分子位于基态，少数位于激发态。当有入射光照射时，分子产生的振荡极化可以看作对光虚的吸收，导致电子跃迁到虚态。处在虚拟能级上的电子马上跃迁到下能级而发光，这就是散射光。如果电子跃迁回原能级，即散射前后光子能量不变，则为瑞利散射；否则，即为拉曼散射。吸收和散射光子的能量差对应于材料不同振动能级的差值，而与入射光波长无关。

拉曼效应会产生两种结果。若入射光能量大于散射光，则产生斯托克斯（Stokes）线；反之，则产生反斯托克斯（anti-Stokes）线。两者的强度比取决于温度。在热力学平衡时，由于大部分分子处于低能级，斯托克斯线的强度要远大于反斯托克斯线。拉曼光谱中，横坐标为散射光与入射光的频率差Δν，纵坐标为相应的散射光强度。斯托克斯线和反斯托克斯线对称的分布于Δν=0两侧，通常拉曼光谱仪检测的是斯托克斯线。

1.2 表面增强拉曼散射

1.2.1 背景介绍

表面增强拉曼散射（surface-enhancedRamanscattering,SERS）是指吸附在粗糙金属表面或纳米结构上的分子的拉曼信号能增大几个数量级（106-1014倍），是一种对表面敏感的技术。传统的拉曼散射信号由于非常弱（一般仅占入射光强的10-10左右），很大程度上限制了其应用。SERS的发现大大推动了拉曼技术的发展和应用。

Fleischmann等人在1974年通过粗糙银电极吸附吡啶实验第一次观察到了SERS现象，当时的解释是银电极表面粗糙化使电极有效表面积增大，从而使吸附的分子增多，导致拉曼散射增强，并未意识到粗糙表面对吸附分子的拉曼信号的增强作用。这种理论无法解释某些问题。比如，实验观察到在一些情况下，增加粗糙度反倒会减弱信号强度；又比如，有些时候观察不到电极的电容效应，如果信号的增强确是仅由吸附分子的数量增加导致，那么理应在电极表面形成一分子层，能够轻易地作为附加电容被检测到[2]。1977年，两个研究组几乎同时发表文章指出这是一种与粗糙表面相关的表面增强效应，称为表面增强拉曼散射，并分别提出了一种增强机理。Jeanmaire和VanDuyne提出了电磁场效应理论，而Albrecht和Creighton提出了电荷转移效应理论。

上世纪九十年代，很多因素促进了SERS的快速发展。首先，拉曼设备的改良使得不同背景（物理，化学，生物，工程学等）的科研工作者都能便捷地使用SERS技术；其次，纳米科学和纳米技术的迅猛发展给SERS带来了更多新的可能，尤其是在SERS基底的设计和制造方面；再则，和SERS密切相关的等离激元得到了越来越广泛地研究；另外，从理论上和实验上都证明SERS很可能实现单分子检测，极大地推动了该领域的研究热潮。如今，除了基础理论的研究，其应用也得到了很多关注，有些致力于开发其为一种强有力的研究工具，有些已经开始致力于SERS的商业化发展。

1.2.2 表面增强拉曼散射原理

自从SERS效应发现以来，已有几十年的历史，为了弄清其机制，人们进行了大量的理论和实验工作，建立了各种理论模型，但是到目前为止，SERS的原理还没有一个统一精确的解释[1]。现在，主要存在两种理论模型，即电磁场（electromagnetic,EM）增强和化学增强（chemicalenhancement,CE）[3]。 缝隙增强拉曼探针的制备及其光稳定性测试(2):http://www.chuibin.com/cailiao/lunwen_205152.html