自从1974年，英国南安普顿大学的Martin Fleischmann发现表面增强拉曼散射(SERS)现象以来，SERS引起了科学研究人员的广泛关注，并在单分子光谱检测、痕量污染物检测和生物医学等方面具有很好的应用前景。目前文献报道的SERS基底的平均增强因子为104-106。SERS基底的增强能力、制备的可重复性以及基底的稳定性还有待进一步改进和提高。目前SERS基底的制备普遍存在稳定性差、不可重复或制备程序复杂、价格昂贵等缺点，阻碍了SERS在实际中的应用。　　 本论文采用简易、低成本的方法，制备出了大面积的有序纳米结构阵列，这些结构具有良好的SERS增强性质；并揭示了大周期有序纳米结构SERS基底增强的物理机理。主要研究成果内容如下：　　 纳米压印方法制备高增强因子SERS基底。以多孔氧化铝为模板，采用热蒸镀的方法直接在模板上蒸镀几微米厚的银膜，除掉模板后，获得表面具有规则排列的纳米鼓包Ag膜。此方法降低了对多孔氧化铝模板的要求，有利于基底的批量生产，并且制备的SERS基底具有良好的均匀性和可重复性等优点。以此作为SERS基底，测量了吡啶溶液(0.01 mol/L)在基底上的SERS光谱，基底的平均增强因子大于105。并在基底上获得了浓度为2.5mg/L的三聚氰胺的SERS光谱，证明了所制备的SERS基底的实用性。　　 全面揭示了周期为2μm四方排列的倒金字塔结构Au膜SERS增强的物理机制是衍射效应和局域等离子体增强共同作用的结果。FEM方法计算结果显示，倒金字塔结构的排列周期为激发光波长的整数倍时，具有较强的局域电场增强；以三聚氰胺为探针分子测得SERS基底的平均增强因子为1.67×104，远大于理论计算获得的局域电场增强因子，这种现象单靠衍射效应不能解释。由于倒金字塔结构的周期大于激发光波长，并且理论计算中的模型结构表面为理想的光滑表明，入射光在这样的结构表面不能激发出表面等离子体，局域电场的增强来自结构对入射激发光的衍射效应；而试验中使用的SERS基底表面具有50nm尺寸的粗糙度，满足光激发表面等离子体的条件，因此，SERS基底上的局域电场增强为衍射效应和局域等离子体增强共同作用的结果。采用不同倍数的物镜获得的反射光谱和SERS光谱强度的比较发现，结构间局域电场的耦合效应能使SERS基底的增强因子增大1.2-1.6倍。基底上SERS光谱的mapping图像和NSOM图像显示了基底上增强因子的周期分布。　　 高增强因子的“四足形”结构SERS基底的制备。采用纳米压印方法，利用表面具有倒金字塔结构的模板制备了“四足形"的微纳结构阵列，在上面蒸镀Au后做为SERS基底。由于制备过程中模板可重复使用，极大地提高了基底制备的可重复性。测量了lmg/L的三聚氰胺溶液在SERS基底上的拉曼光谱，实验上获得SERS基底的平均增强因子为8x108。基底上SERS光谱的mapping图像和NSOM图像显示了增强因子的周期性分布。　　 周期纳米结构阵列共振特性的模型建立与计算。模仿SERS光谱检测的实际情况，建立了体积平均模型，采用3D-FDTD方法，计算了不同结构参数的纳米柱和纳米孔结构阵列的平均电场强度增强因子，获得在632.8nm激发光条件下电场增强最佳的纳米结构阵列。另外，理论计算和实验结果发现：柱状结构阵列的增强效果优于孔状结构阵列。计算了不同结构的近场光谱和远场反射光谱，研究了柱状和孔状纳米结构阵列的等离子体振动频率随结构高度变化的规律。