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表面增强拉曼散射(SERS)光谱在传感、探测和分析领域具有重要应用。光纤SERS探针既可简化光路，又可提高激发和接收效率，近年来已成为人们研究的热点。本论文采用理论分析与实验研究相结合的方法，研究光纤SERS探针的电磁增强机理、结构设计及制备技术等，具体研究内容包括以下几个方面:
首先介绍了金属纳米结构的局域表面等离子体共振(LSPR)特性，讨论了金属介电常数的性质及其修正问题，阐述了SERS光谱及光纤SERS探针的研究现状与发展趋势，总结了SERS的电磁增强机制和常用的数值研究方法。
理论研究了球形和半球壳形纳米颗粒的LSPR光谱特性和场增强特性与颗粒尺度、间距等的关系。对组合锥型光纤SERS探针的结构参数进行了优化设计，根据描述消逝波激发组合锥光纤探针表面纳米颗粒的激发光衰减系数模型，结合激发光的全反射消逝波激发条件以及探针平直段与激发光纤间的模式匹配原理，给出组合锥光纤SERS探针的结构优化参数。
实验制备了不同形状的光纤探针，其中包括参数优化的组合锥光纤探针。除了利用水热法制备光纤SERS探针需要的纳米颗粒以外，发展了一种在光纤上制备具有可调LSPR特性的纳米阵列的简单、低成本的方法，该方法利用单层聚苯乙烯球(PS)胶体模板的可转移性，结合溅射沉积，在光纤端面获得了具有六角密堆积排列的不同周期的金纳米半球壳阵列。改变溅射时间可实现对LSPR峰位从可见至近红外的调控，且重复测量结果表明该纳米结构具有良好的稳定性。
利用光纤探针进行SERS测量，分析了SERS信号强度的影响因素。测量结果表明优化的组合锥相比其他形状的光纤探针可以显著提高信号强度，利用该优化的组合锥探针可以实现对10-10M的4-氨基苯硫酚(4-Aminothiophenol，4-ATP)分子的测量。此外，发现增加探针浸润次数和增加混合溶液中纳米颗粒的浓度均可提高SERS信号的强度。
以上研究结果对于光纤SERS探针机理的认识以及实际应用中SERS探测灵敏度的提高具有一定的参考价值。