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表面增强拉曼与红外光谱技术研究进展：从纳米/微米结构到宏观光学设计
Wang, HL., You, EM., Panneerselvam, R., Ding, SY., Tian, ZQ.,
Light, science & applications
Abstract
Raman and in红外（IR）与拉曼光谱是强大的分析技术，但其本征检测灵敏度较低。该领域经历了三大关键发展阶段：（一）自1920年代起改进光激发、收集与检测的光学系统；（二）自1990年代起利用基于纳米结构的表面增强拉曼散射（SERS）与表面增强红外吸收（SEIRA）技术；（三）自2010年代起通过理性耦合前两者以实现检测灵敏度的最大化。在回顾SERS与SEIRA发展历程的基础上，本文系统阐述了等离激元学原理以及SERS与SEIRA的不同作用机制。我们详细描述了光与纳米/微米结构相互作用的多种形式，包括局域表面等离激元、表面等离激元极化激元和闪电 rod效应。通过设计纳米粒子-纳米粒子及纳米粒子-基底构型，其耦合效应可显著提升表面灵敏度。鉴于纳米/微米结构具有独特的光学近场与远场行为，我们重点论述如何系统设计宏观光学系统以实现激发效率与检测灵敏度的最大化。列举了关键光学设计方案，特别是基于可见到红外光谱区间内定向激发与发射的衰减全反射（ATR）操作模式。同时介绍了基于扫描探针显微镜的纳米级光谱学最新进展，最后针对新兴技术与方法学提出了该领域的发展前景。