表面增强拉曼散射(SERS)技术对分子和界面具有可观普适性,可以在分子水平上给出有关物质结构信息。SERS检测样品可以是水溶液,也可以是固态、液态或气态,近年来已经被广泛应用于了生物、化学、材料等许多的领域。SERS依托于基底的活性,基底增强检测物的拉曼信号。SERS活性基底对拉曼信号的增强作用主要分为电磁机制和化学机制。电磁机制主要研究局域电场增强,无选择性;化学机制主要研究表面吸附,有针对性。本论文在金属纳米粒子活性基底结构基础上探究金属等离子体激元与粒子本身的材质和尺寸、粒子簇间距、光场激发以及衬底材质之间的关系。并结合金属介质色散模型,使用软件模拟金属纳米粒子在外部激励场下的电磁能量分布,进而分析粒子局部电磁增强的成因。根据已有的拉曼基底制备方案,设计仿真模型,计算基底的增强效果。本文依托生物细胞检测背景,以拉曼增强技术为核心,设计拉曼增强基底,并对基底进行FDTD仿真优化。本文研究目的是针对不同拉曼检测需求设计出最合适的拉曼增强基底;研究范围是以金属纳米粒子为增强载体的SERS活性基底。金属纳米粒子在激励源作用下产生局域表面等离激元共振,增强局域电场,使附着在粒子表面的标记物周围电场增大,以期达到增强拉曼信号强度的目的。本文主要研究内容有以下四个部分组成:(一)纳米球形粒子表面等离激元与激励光源的关系;金属纳米SERS基底以单个球形粒子或二聚体球形粒子为最小SERS活性单元,纳米粒子表面等离激元与入射光波和自身形态关系密切。本文通过模拟各种情况下纳米粒子电磁增强效应,选择最优设计方案。(二)红细胞散射场;本文设计的拉曼增强基底以生物拉曼检测为主要用途,因此专门模拟红细胞的散射场和消光特性。应用椭球模型和双面凹模型模拟了红细胞因折射率或形体变化导致的散射场变化,以此可作为红细胞是否病变的参考。(三)SERS基底的模拟和设计;针对化学合成法制备纳米粒子的不均匀性,设计随机粒子模型,模拟实际增强效果。根据生物检测需求,设计金纳米层覆盖银纳米层的SERS基底模型。(四)研究金属纳米粒子等离激元的成因。通过查阅参考文献以及软件仿真效果,由控制变量法得出表面等离激元的产生和湮灭过程。