表面增强拉曼光谱（Surface Enhanced Raman Spectroscopy,SERS）技术通过表面等离激元诱导的巨大电磁场增强获得超高灵敏度,甚至在实验室中具备单分子量级的检测水平,已被广泛地应用于生化分析等多个领域。然而在SERS实际应用过程中,尤其是在复杂液体中,仍存在微量分子在增强区域难富集等多个问题,导致其高灵敏检测能力远未展现。基于SERS增强原理及其实际应用环境,SERS灵敏度的提升,可从检测样品（检测物富集、选择性捕获等）和增强光路（增强基底、光路调控）两个方面进行优化。本文主要从检测物富集和光路调控两个角度对SERS的高灵敏检测进行研究。当前,SERS应用场景已由固体拓展到液体中,进而进行在线实时检测。但在液体介质中,一方面由于分子存在布朗运动,不易吸附在热点区域内;另一方面由于热点区域非常狭窄,是亚波长范围的空间,在低浓度溶液中难以实现微量分子的高灵敏SERS检测。因此,研究人员在检测物富集方面进行了相关探索,包括电动预浓缩方法、液-液萃取方法等,通过实现微量分子在热点区域内的富集来提高SERS灵敏度。但目前仍存在富集时间长、SERS灵敏度低等问题。基于此,我们开展了实现微量分子在热点区域内的富集以提升SERS检测灵敏度的研究,分别是摩擦电动预浓缩协助的SERS检测和微液滴萃取协助的SERS微流芯片。此外,通过对光路进行调控,也可以提高SERS检测的灵敏度,例如对波长、偏振等进行调控。在此聚焦新型SERS技术—远程SERS,远程SERS的实现是基于光激发的表面等离激元波导,其可以避免传统SERS原位检测的高功率激光损伤样品的问题,尤其是对生物细胞等。但由于光波导耦合效率较低导致远程SERS在应用中的检测灵敏度不高,因此为了提高其灵敏度,我们提出了双光束相干增强的远程SERS检测系统。由此,本文主要从检测物富集（摩擦电动预浓缩、微液滴萃取）和光路调控（偏振、相位）两方面对表面增强拉曼光谱的高灵敏检测进行了研究:（1）由于在水溶液中存在目标检测物难富集于热点区域的问题,导致SERS检测灵敏度与固相相比普遍较低。因此,本论文提出了一种新型的基于摩擦电动预浓缩技术的超灵敏SERS检测系统。该系统利用摩擦纳米发电机提供静电驱动力,将溶液中的目标分子导向SERS增强基底,进而实现对低浓度目标分子的超灵敏SERS检测。由于摩擦纳米发电机拥有独特的高电压、低电流的输出特性,与传统直流电源富集效率（10 min）相比,摩擦电动预浓缩系统可在30 s内实现对耐尔兰分子(10-8 M)的有效富集。另外,实验结果表明,这一摩擦电动预浓缩SERS系统可在10-15 M水平上对分子进行识别。不仅如此,在不同的电场方向下也实现了对带相反电荷的分子的选择性检测。最后,我们还设计了自供能的摩擦电动预浓缩SERS检测装置,提出户外实时高灵敏SERS检测的愿景。这一新型SERS系统具有高效率、超灵敏、超便携、自供能等优势,因此该系统能够为SERS检测领域提供更广泛的应用前景。（2）由于高粘度油相流体中存在微量检测物扩散慢和油溶剂成分较复杂等问题,导致其SERS检测灵敏度较低。因此,本论文设计了一种微液滴萃取辅助的SERS微流芯片,用于复杂油溶液中微量分子的高灵敏SERS检测和实时监测。首先,基于分子在水/油中溶解度的不同,通过微液滴萃取技术将油中的目标分子（荧光素）富集到水微滴中,利用荧光素在水微滴中的实时荧光强度,对萃取性能进行了研究和优化。随后,将最佳萃取效果的水微滴应用于复杂矿物油中糠醛分子的拉曼检测（糠醛分子是评估油纸绝缘设备老化状态的一种重要特征物）,检测限（LOD）达到26 ppb。为了进一步提高检测的灵敏度,我们将制备的SERS增强基底注入到微液滴中,实现了糠醛分子的更低浓度检测。与传统的复杂油溶液中微量物质的检测技术相比（如高效液相色谱法）,我们提出的方法不仅大大简化了测量流程,减少了样品用量,加快了检测时间,具有高灵敏、实时监测的应用前景,而且还促进了油品质量的发展。（3）由于光激发的表面等离激元波导耦合效率较低,导致远程SERS的灵敏度不高。因此,在本工作中,我们证明了在双光束激发的“V型”银纳米线二聚体和银纳米线-银纳米颗粒系统中,通过亚波长干涉可以使远程SERS信号增强接近100%。另外通过实验结果表明,远程SERS强度可以通过照射在银纳米线两端的入射光的偏振差和相位差来调制。最后利用时域有限差分法（FDTD）模拟的电磁场分布证明,银纳米线中存在亚波长干涉,使得在远程信号采集点收集的微量分子的拉曼强度受到传播的表面等离激元的相干叠加的极大影响。我们这种基于相干增强的研究不仅可以促进远程SERS技术的应用,而且还可以拓展亚波长光操控的相关研究。