CN103901013B - 一种消逝场激发薄膜拉曼信号的增强方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种消逝场激发薄膜拉曼信号的增强方法，所述方法将待测薄膜形成于棱镜表面，再将入射光射入棱镜并在棱镜/待测薄膜界面处发生全反射，利用全反射产生的消逝场激发待测薄膜的拉曼信号，然后增大待测薄膜上方覆盖层折射率，用于增强消逝场，最终实现待测薄膜拉曼信号的增强。该方法也可以利用光纤或光波导取代棱镜，通过增强光纤或光波导的消逝场实现待测薄膜拉曼信号的增强。本发明的拉曼信号增强方法操作简单，重复性好，具有良好的表面选择性，消逝场偏振状态灵活可调，覆盖层折射率易于控制，非常适合用于探测单分子吸附层，表面修饰层等固体超薄膜的拉曼信号。

Description

一种消逝场激发薄膜拉曼信号的增强方法及装置

技术领域

本发明涉及棱镜全反射技术、光波导技术及拉曼光谱技术，特别涉及一种消逝场激发薄膜拉曼信号的增强方法及装置。

背景技术

拉曼光谱技术同红外吸收光谱技术一样主要用于研究分子的振动，但是分子的拉曼光谱中包含了比分子红外吸收谱更加丰富的有关分子结构及性质的信息。通过研究分子的拉曼散射光谱可以确定分子的种类，获得分子的对称性质及其空间取向等信息。

拉曼光谱技术在应用中遇到的最大的问题来自于其固有的缺陷——拉曼信号极度微弱，因此已经发明了各种方法来增强这一微弱的信号。这些方法包括电子共振增强拉曼光谱技术、表面增强拉曼光谱(SERS)技术、等离激元增强拉曼光谱(PERS)技术和棱镜全反射拉曼技术(TIRR)等。全反射拉曼光谱技术对信号的增强作用有一个极大值点，位于棱镜全反射的临界角，然而此时的全反射条件很容易受到外界环境的影响而遭到破坏。因此在使用全反射拉曼技术时对入射角保有一定的余量虽然牺牲了一定的信号增强效果但可以确保全反射条件的满足。为增强大于临界角入射时棱镜全反射拉曼散射的信号强度，本发明采用调节棱镜表面覆盖层折射率的方法来增强其消逝场。

光纤及光波导利用光在一定厚度的高折射率层与周围低折射率介质之间的界面全反射对入射光进行约束，使其可以远程传播，主要应用于通信领域。本质上说，性能优异的光纤或光波导应该能够抵抗来自外界的多种干扰，对外界环境的变化响应越小越好。然而将其应用于传感及测量领域时就需要光纤及光波导对被测量有较高的灵敏度。通过对光纤或光波导结构的理性设计就可以使其兼顾传光及传感双重任务的要求，成为具有高灵敏度的传感测量元件。

利用光纤或光波导的消逝场来激发薄膜的拉曼信号就需要对光纤或光波导的结构进行优化设计以增强其表面消逝场的强度；另一方面，也可以通过调节光纤或波导表面覆盖层折射率来进一步提高消逝场的强度。本发明采用这两种方法来增强光纤及光波导消逝场，进而实现待测薄膜拉曼信号的增强。

发明内容

为解决棱镜全反射消逝场、光纤消逝场及光波导消逝场较弱，由其激发的待测薄膜拉曼信号极其微弱的问题，本发明提供了一种利用高折射率覆盖层材料来增强消逝场，进而增强待测薄膜拉曼信号的方法和装置。

根据本发明的一个方面，提出一种消逝场激发薄膜拉曼信号的增强装置，该装置包括：棱镜、待测薄膜、覆盖层以及拉曼散射光收集装置，其中所述待测薄膜形成于棱镜一底面，覆盖层置于待测薄膜上方，入射激光射入棱镜后在棱镜与待测薄膜之间的界面处发生全反射，伴随全反射在同一界面处产生消逝场，该消逝场穿透待测薄膜进入覆盖层，进而激发待测薄膜拉曼信号；通过增大覆盖层折射率增强在待测薄膜内的消逝场，进而增强待测薄膜拉曼信号，该增强的拉曼信号被拉曼散射光收集装置收集后传入拉曼光谱仪进行分析。

根据本发明的另一方面，提出一种光纤消逝场激发薄膜拉曼信号的增强装置，该装置包括：光纤、待测薄膜、覆盖层以及拉曼散射光收集装置，其中减薄或去除光纤局部区间的包层，将待测薄膜形成于该光纤区间，覆盖层置于待测薄膜上方，利用端面耦合方式将入射激光耦合进入光纤，伴随光在光纤芯层的传播在光纤表面产生消逝场，该消逝场穿透待测薄膜进入覆盖层，进而激发待测薄膜拉曼信号；通过增大覆盖层折射率增强在待测薄膜内的消逝场强度，进而增强待测薄膜拉曼信号，该增强的拉曼信号被拉曼散射光收集装置沿待测薄膜法线方向或从光纤一端面收集后传入拉曼光谱仪进行分析。

根据本发明再一方面，提出一种光波导消逝场激发薄膜拉曼信号的增强装置，该装置包括：光波导、待测薄膜、覆盖层、以及拉曼散射光收集装置，其中所述待测薄膜形成于光波导表面，覆盖层置于待测薄膜上方，利用端面耦合方式或光栅耦合方式或棱镜耦合方式将入射激光耦合进入光波导形成导波光，伴随导波光的传播在光波导表面产生消逝场，该消逝场穿透待测薄膜进入覆盖层，进而激发待测薄膜拉曼信号；通过增大覆盖层折射率增强在待测薄膜内的消逝场强度，进而增强待测薄膜拉曼信号，该增强的拉曼信号被拉曼散射光收集装置沿待测薄膜法线方向或从光波导一端面收集后传入拉曼光谱仪进行分析。

根据本发明的再一方面，提出了一种消逝场激发薄膜拉曼信号的增强方法，其中该方法利用高折射率材料覆盖待测薄膜，用以增强待测薄膜内部的消逝场，进而增强由消逝场激发的待测薄膜拉曼信号。

从上述技术方案可以看出，本发明消逝场激发表面薄膜拉曼信号的增强方法具有以下有益效果：

1、相比目前广泛采用的电子共振增强拉曼光谱技术、表面增强拉曼光谱(SERS)技术、等离激元增强拉曼光谱(PERS)技术，本发明提出的方法具有成本低、操作简单，易于控制，通用性和重复性好等优点。

2、与传统的使用体光束激发拉曼信号的方法相比，本发明提出的方法表面选择性好，纵向分辨率高、非常适合用于探测单分子吸附层，表面修饰层等固体超薄膜的拉曼信号。

3、与传统的使用体光束激发拉曼信号的方法相比，本发明提出的方法不易受到体相干扰，容许原位测试表面反应的动力学过程。

4、与传统的使用体光束激发拉曼信号的方法相比，本发明提出的方法能够灵活调节消逝场偏振状态，易于实现各种偏振情况下拉曼信号的增强及检测(非偏振、TE、TM、圆偏振等)。因此本发明尤其适用于薄膜的拉曼退极化率检测、薄膜分子的拉曼光活性检测等。

附图说明

图1为根据本发明一实施例的棱镜全反射消逝场激发薄膜拉曼信号增强装置结构图；

图2为根据本发明一实施例的光纤消逝场激发薄膜拉曼信号增强装置结构图；

图3为根据本发明一实施例的光波导消逝场激发薄膜拉曼信号增强装置结构图；

图4为根据本发明又一实施例的光波导消逝场激发薄膜拉曼信号增强装置结构图；

图5A和5B是基于图4所示装置测得的由真空蒸镀法淀积在光波导表面的酞菁铜超薄膜的增强拉曼光谱。

【主要元件符号说明】

1-液体槽，其中，1a-液体槽进液口，1b-液体槽出液口；

2-棱镜耦合器；

3-光纤；

4-光波导，其中，4a-高折射率梯度薄膜；

5-待测薄膜，其中，5a-待测酞菁铜薄膜；

6-覆盖层；

7-拉曼散射光收集装置；

8-光纤或光波导支架

9-光电探测器。

10a-输入耦合棱镜，10b-输出耦合棱镜。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步详细说明。

本发明的消逝场激发薄膜拉曼信号的增强方法利用高折射率材料覆盖待测薄膜，用以增强待测薄膜内部的消逝场，从而增强由消逝场激发的待测薄膜拉曼信号。

根据本发明的一个实施例，提出了一种棱镜全反射消逝场激发薄膜拉曼信号的增强装置。图1该装置的结构图，参照图1，该装置包括：液体槽1(覆盖层6为液态时加装)、棱镜2、待测薄膜5、覆盖层6、棱镜支架(未画出)以及拉曼散射光收集装置7等。所述待测薄膜5形成于棱镜2一底面，覆盖层6置于待测薄膜5上方，入射激光射入棱镜2后在棱镜2与待测薄膜5之间的界面处发生全反射，伴随全反射在同一界面处产生消逝场，该消逝场穿透待测薄膜5进入覆盖层6，进而激发待测薄膜5拉曼信号，通过利用高折射率材料作为覆盖层6来增强在待测薄膜5内的消逝场，进而增强待测薄膜5拉曼信号，该增强的拉曼信号被拉曼散射光收集装置7收集后传入拉曼光谱仪进行分析。

其中棱镜2为梯形棱镜，这是为了减小棱镜厚度以满足拉曼散射光收集装置7中大数值孔径透镜对焦距的要求。在具体实施中，也可以对棱镜2采取其它的形状以满足拉曼散射光收集装置7对焦距的要求。如图1所示，入射激光在棱镜2表面激发消逝场，这一消逝场进而激发形成于棱镜2表面的待测薄膜5产生拉曼信号，位于棱镜侧面或反射光方向上的拉曼散射光收集装置7对该信号加以收集并将其通过光纤送入拉曼光谱仪进行分析。当棱镜2表面介质由空气变为覆盖层6之后，棱镜2表面的消逝场得到增强，因此待测薄膜5的拉曼信号得到增强。

根据本发明的另一实施例，提出了一种光纤消逝场激发薄膜拉曼信号的增强装置。图2是该装置的结构图。参照图2，该装置包括：光纤3、待测薄膜5、覆盖层6、液体槽1(覆盖层6为液态时加装)(未示出)、光纤支架8以及拉曼散射光收集装置7等。在待测薄膜5形成于光纤3表面之前，首先减薄或除去待测薄膜5覆盖区间的光纤包层，使消逝场穿透光纤3表面；或在除去待测薄膜5覆盖区间的光纤包层之后，进一步减薄该区间的光纤3芯层，使透出光纤3表面的消逝场获得增强。然后，将待测薄膜5形成于该光纤区间，覆盖层6置于待测薄膜5上方，利用端面耦合方式将入射激光耦合进入光纤3，伴随光在光纤3芯层的传播在光纤3表面产生消逝场，该消逝场穿透待测薄膜5进入覆盖层6，进而激发待测薄膜5拉曼信号；通过增大覆盖层6折射率增强在待测薄膜5内的消逝场强度，进而增强待测薄膜5拉曼信号，该增强的拉曼信号被拉曼散射光收集装置7沿待测薄膜5法线方向或从光纤3一端面收集后传入拉曼光谱仪进行分析。

其中所用光纤3可以是侧边抛光光纤、D型光纤、双锥形光纤或去包层光纤其中之一，图2表示的即为所用光纤元件为侧边抛光光纤情况；其中所用拉曼散射光收集装置7可以使用圆形透镜组合进行单点拉曼信号收集，也可以利用柱形透镜及圆形透镜组合对导波光传播方向上较长路径的拉曼信号进行收集以线积分的作用进一步增强拉曼信号。如图2所示，伴随光在光纤3芯层的传播在光纤3表面产生消逝场，该消逝场穿透位于侧边抛光光纤3表面的待测薄膜5，进而激发待测薄膜5的拉曼信号，位于侧边抛光光纤3侧面或端面出射光方向上的拉曼散射光收集装置7对该拉曼信号加以收集并将其通过光纤送入拉曼光谱仪进行分析。当侧边抛光光纤3表面介质由空气变为覆盖层6之后，侧边抛光光纤3表面的消逝场得到增强，因此待测薄膜5的拉曼信号得到增强。

根据本发明的另一实施例，还提出了一种光波导消逝场激发薄膜拉曼信号的增强装置。图3为该装置的结构图，参照图3，该装置包括：光波导4、待测薄膜5、覆盖层6、液体槽1(覆盖层6为液态时加装)、光波导支架8以及拉曼散射光收集装置7等。所述待测薄膜5形成于光波导4表面，覆盖层6置于待测薄膜5上方，利用端面耦合方式或光栅耦合方式或棱镜耦合方式将入射激光耦合进入光波导4形成导波光，伴随导波光的传播在光波导4表面产生消逝场，该消逝场穿透待测薄膜5进入覆盖层6，进而激发待测薄膜5拉曼信号；通过增大覆盖层6折射率增强在待测薄膜5内的消逝场强度，进而增强待测薄膜5拉曼信号，该增强的拉曼信号被拉曼散射光收集装置7沿待测薄膜5法线方向或从光波导4一端面收集后传入拉曼光谱仪进行分析。

其中所用光波导4可以是二维波导、三维波导等；其中所用拉曼散射光收集装置7可以使用圆形透镜组合进行单点拉曼信号收集，也可以利用柱形透镜及圆形透镜组合对导波光传播方向上较长路径的拉曼信号进行收集以线积分的作用进一步增强拉曼信号。如图3所示，所述待测薄膜5直接形成于光波导4表面，或在待测薄膜5形成于光波导4表面之前，首先在光波导4表面淀积一层高折射率梯度薄膜，用于增强透出光波导表面的消逝场。入射激光经端面耦合方式或棱镜耦合方式或光栅耦合方式耦合进入光波导4，成为导波光，沿导波光传播路径在光波导4表面产生消逝场，这一消逝场穿透位于光波导4表面的待测薄膜5，进而激发待测薄膜5的拉曼信号，位于光波导4侧面或端面出射光方向上的拉曼散射光收集装置7对该信号加以收集并将其通过光纤送入拉曼光谱仪进行分析。当光波导4表面被高折射率梯度薄膜4a覆盖之后，进入待测薄膜5的消逝场获得增强，因此待测薄膜5的拉曼信号得到增强。该增强的拉曼信号由拉曼散射光收集装置7收集后传到拉曼光谱仪进行分析。

图4为本发明的消逝场激发薄膜拉曼信号的增强方法应用于光波导的装置示意图。如图4所示，该装置包括：输入耦合棱镜10a、输出耦合棱镜10b、光波导4、高折射率梯度薄膜4a、液体槽1(覆盖层6为液态时加装)、待测酞菁铜薄膜5a、光波导支架8以及拉曼散射光收集装置7等。入射激光通过输入耦合棱镜10a耦合进入光波导芯片4成为导波光，沿导波光传播路径在光波导4表面产生消逝场，这一消逝场在高折射率梯度薄膜4a覆盖区间被增强，进而激发位于高折射率梯度薄膜4a表面的待测酞菁铜薄膜5a的拉曼信号，位于光波导4另一侧面的拉曼散射光收集装置7对该信号加以收集并将其通过光纤送入拉曼光谱仪进行分析。导波光在光波导4的另一端通过输出耦合棱镜1b耦合输出进入光电探测器9，由光电探测器9对其强度进行记录。在向液体槽1中通入高折射率液体6之后，光波导4表面的消逝场再次得到增强，因此待测酞菁铜薄膜5a的拉曼信号也被再次增强。

待测薄膜5可以是单分子层、单粒子层、多分子层、多粒子层中的一种，这些薄膜厚度较小，足以使消逝场穿透薄膜而与上方覆盖层相互作用。

覆盖层材料是液体，包括：水、水溶液、有机溶剂、有机溶液等。上述高折射率液体覆盖层材料需满足以下条件：(1)该液体覆盖待测薄膜5后，待测薄膜5的结构和性质不变，仍然保持其完整性；(2)该液体覆盖待测薄膜5后，待测薄膜5下方与之接触的棱镜、光纤或光波导的结构和性质不变，仍然保持其完整性；(3)该液体覆盖待测薄膜5后，覆盖之前激励的棱镜全反射或光纤导模或光波导导模不被该液体破坏；(4)该液体对所使用的光源光没有强烈吸收；(5)该液体在感兴趣的待测薄膜拉曼信号光谱区域内没有拉曼信号。

覆盖层材料还可以是固态薄膜，该固态薄膜需满足以下条件：(1)该固态薄膜覆盖待测薄膜5后，待测薄膜5的结构和性质不变，仍然保持其完整性；(2)该固态薄膜覆盖待测薄膜5后，待测薄膜5下方与之接触的棱镜、光纤或光波导的结构和性质不变，仍然保持其完整性；(3)该固态薄膜覆盖待测薄膜5后，覆盖之前激励的棱镜全反射或光纤导模或光波导导模不被该固态薄膜破坏；(4)该固态薄膜对所使用的光源光没有强烈吸收；(5)该固态薄膜在感兴趣的待测薄膜拉曼信号光谱区域内没有拉曼信号。

在本发明的消逝场激发薄膜拉曼信号的增强装置中，可调节入射光偏振方向，使约束在待测薄膜内的消逝场成为横电波或横磁波，然后增大待测薄膜上方覆盖层折射率，用于增强待测薄膜内部偏振消逝场，从而增强由该偏振消逝场激发的待测薄膜偏振拉曼信号。

在本发明的消逝场激发薄膜拉曼信号的增强装置中，所述待测薄膜拉曼信号沿待测薄膜法线方向被收集进入拉曼光谱仪进行探测；或沿棱镜全反射光传播方向把待测薄膜拉曼信号收集进入拉曼光谱仪进行探测；或从光纤一端面把待测薄膜拉曼信号收集进入拉曼光谱仪进行探测；或从光波导一端面把待测薄膜拉曼信号收集进入拉曼光谱仪进行探测。

本发明还提出一种消逝场激发薄膜拉曼信号的增强方法，该方法利用高折射率材料覆盖待测薄膜5，用以增强待测薄膜5内部的消逝场，进而增强由消逝场激发的待测薄膜拉曼信号。

在一实施例中，上述待测薄膜形成于棱镜一表面，消逝场通过棱镜全反射产生于棱镜与待测薄膜之间的界面处。

在另一实施例中，上述待测薄膜形成于光纤表面，在待测薄膜形成于光纤表面之前，首先减薄或除去待测薄膜覆盖区间的光纤包层，使伴随导波光在光纤芯层的传播而产生的消逝场穿透待测薄膜5；或在除去待测薄膜覆盖区间的光纤包层之后，进一步减薄该区间的光纤芯层，使伴随导波光在光纤芯层的传播而产生的消逝场获得增强。

在再一实施例中，上述待测薄膜5直接形成于光波导4表面，伴随导波光在光波导4内的传播而产生的消逝场穿透待测薄膜5；或在待测薄膜5形成于光波导4表面之前，首先在光波导4表面淀积一层高折射率梯度薄膜，使伴随导波光在光波导4内的传播而在光波导4表面产生的消逝场获得增强。

其中，待测薄膜5是单分子层、单粒子层、多分子层、多粒子层中的一种，这些薄膜厚度较小，足以使消逝场穿透薄膜而与上方覆盖层相互作用。

其中，所述覆盖层材料是液体，例如是水、水溶液、有机溶剂或有机溶液，这些液体具备以下特性：

(1)该液体覆盖待测薄膜后，待测薄膜的结构和性质不变，仍然保持其完整性；

(2)该液体覆盖待测薄膜后，待测薄膜下方与之接触的棱镜、光纤或光波导的结构和性质不变，仍然保持其完整性；

(3)该液体覆盖待测薄膜后，覆盖之前激励的棱镜全反射或光纤导模或光波导导模不被该液体破坏；

(4)该液体对所使用的光源光没有强烈吸收；

(5)该液体在感兴趣的待测薄膜拉曼信号光谱区域内没有拉曼信号。

覆盖层材料也可以是固态薄膜，具备以下特性：

(1)该固态薄膜覆盖待测薄膜5后，待测薄膜5的结构和性质不变，仍然保持其完整性；

(2)该固态薄膜覆盖待测薄膜5后，待测薄膜下方与之接触的棱镜、光纤或光波导的结构和性质不变，仍然保持其完整性；

(3)该固态薄膜覆盖待测薄膜5后，覆盖之前激励的棱镜全反射或光纤导模或光波导导模不被该固态薄膜破坏；

(4)该固态薄膜对所使用的光源光没有强烈吸收；

(5)该固态薄膜在感兴趣的待测薄膜拉曼信号光谱区域内没有拉曼信号。

在本发明的方法中，可调节入射光偏振方向，使约束在待测薄膜内的消逝场成为横电波或横磁波，然后增大待测薄膜上方覆盖层折射率，用于增强待测薄膜内部偏振消逝场，从而增强由该偏振消逝场激发的待测薄膜偏振拉曼信号。

其中，所述待测薄膜拉曼信号沿待测薄膜法线方向被收集进入拉曼光谱仪进行探测；或沿棱镜全反射光传播方向把待测薄膜拉曼信号收集进入拉曼光谱仪进行探测；或从光纤一端面把待测薄膜拉曼信号收集进入拉曼光谱仪进行探测；或从光波导一端面把待测薄膜拉曼信号收集进入拉曼光谱仪进行探测。

图5A和5B是利用本发明光波导消逝场激发薄膜拉曼信号的增强装置测得的酞菁铜薄膜的拉曼信号。这些实验数据充分证明了采用高折射率液体作为覆盖层6能够有效提高由光波导4的表面消逝场激发的待测酞菁铜薄膜5a的拉曼信号。从图5A中可以看出光波导4表面真空蒸镀的待测酞菁铜薄膜5a的拉曼信号在高折射率的NaCl溶液(质量分数为2％)中得到明显增强，有的谱峰强度发生了很大的量变，而有些谱峰则呈现从无到有的质变。从图5B中可以明显看出NaCl溶液折射率(与溶液浓度正相关)对待测酞菁铜薄膜5a拉曼信号强度的调控作用：NaCl溶液折射率越大，拉曼信号的增强越显著。该实施例证明了本发明的方法在实践中的有效性。

需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。为了方便标示，附图中各部分的尺寸并不与真实尺寸成比例。再者，附图中未绘示或描述的元件或实现方式，为所属技术领域的技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。

Claims (13)

1.一种消逝场激发薄膜拉曼信号的增强装置，该装置包括：棱镜(2)、待测薄膜(5)、覆盖层(6)以及拉曼散射光收集装置(7)，其特征在于，所述待测薄膜(5)形成于棱镜(2)一底面，覆盖层(6)置于待测薄膜(5)上方，入射激光射入棱镜(2)后在棱镜(2)与待测薄膜(5)之间的界面处发生全反射，伴随全反射在同一界面处产生消逝场，该消逝场穿透待测薄膜(5)进入覆盖层(6)，进而激发待测薄膜(5)拉曼信号；通过增大覆盖层(6)的折射率增强在待测薄膜(5)内的消逝场，进而增强待测薄膜(5)拉曼信号，该增强的拉曼信号被拉曼散射光收集装置(7)收集后传入拉曼光谱仪进行分析。

2.根据权利要求1所述的增强装置，其特征在于，所述增强的拉曼信号沿待测薄膜(5)法线方向被拉曼散射光收集装置(7)收集进入拉曼光谱仪进行分析；或

沿棱镜全反射光传播方向被拉曼散射光收集装置(7)收集进入拉曼光谱仪进行分析。

3.一种光纤消逝场激发薄膜拉曼信号的增强装置，该装置包括：光纤(3)、待测薄膜(5)、覆盖层(6)以及拉曼散射光收集装置(7)，其特征在于，减薄或去除光纤(3)局部区间的包层，将待测薄膜(5)形成于该光纤区间，覆盖层(6)置于待测薄膜(5)上方，利用端面耦合方式将入射激光耦合进入光纤(3)，伴随导波光在光纤(3)芯层的传播在光纤(3)表面产生消逝场，该消逝场穿透待测薄膜(5)进入覆盖层(6)，进而激发待测薄膜(5)拉曼信号；通过增大覆盖层(6)的折射率增强在待测薄膜(5)内的消逝场强度，进而增强待测薄膜(5)拉曼信号，该增强的拉曼信号被拉曼散射光收集装置(7)沿待测薄膜(5)法线方向或从光纤(3)一端面收集后传入拉曼光谱仪进行分析。

4.根据权利要求3所述的增强装置，其特征在于，在待测薄膜(5)覆盖区间的光纤包层被完全除去之后，进一步减薄该区间的光纤芯层，进而增强该区间的消逝场。

5.一种光波导消逝场激发薄膜拉曼信号的增强装置，该装置包括：光波导(4)、待测薄膜(5)、覆盖层(6)、以及拉曼散射光收集装置(7)，其特征在于，所述待测薄膜(5)形成于光波导(4)表面，覆盖层(6)置于待测薄膜(5)上方，利用端面耦合方式或光栅耦合方式或棱镜耦合方式将入射激光耦合进入光波导(4)形成导波光，伴随导波光的传播在光波导(4)表面产生消逝场，该消逝场穿透待测薄膜(5)进入覆盖层(6)，进而激发待测薄膜(5)拉曼信号；通过增大覆盖层(6)的折射率增强在待测薄膜(5)内的消逝场强度，进而增强待测薄膜(5)拉曼信号，该增强的拉曼信号被拉曼散射光收集装置(7)沿待测薄膜(5)法线方向或从光波导(4)一端面收集后传入拉曼光谱仪进行分析。

6.根据权利要求5所述的增强装置，其特征在于，在待测薄膜(5)形成于光波导(4)表面之前，首先在光波导(4)表面淀积一层高折射梯度薄膜(4a)，用于第一次增强进入待测薄膜(5)内的消逝场，然后增大覆盖层(6)的折射率，用于第二次增强在待测薄膜(5)内的消逝场。

7.一种消逝场激发薄膜拉曼信号的增强方法，其特征在于，该方法利用高折射率材料覆盖待测薄膜(5)，用以增强待测薄膜(5)内部的消逝场，进而增强由消逝场激发的待测薄膜(5)拉曼信号；其中，所述待测薄膜(5)通过下述三种方式之一形成：

第一种：所述待测薄膜(5)形成于棱镜(2)一表面，消逝场通过棱镜全反射产生于棱镜(2)与待测薄膜(5)之间界面处；

第二种：所述待测薄膜(5)形成于光纤(3)局部表面，在待测薄膜(5)形成于光纤(3)局部表面之前，首先减薄或除去待测薄膜(5)覆盖区间的光纤包层，使伴随导波光在光纤芯层的传播而产生的消逝场穿透待测薄膜(5)；或在除去待测薄膜(5)覆盖区间的光纤包层之后，进一步减薄该区间的光纤芯层，使伴随导波光在光纤芯层的传播而在该区间产生的消逝场获得增强；

第三种：所述待测薄膜(5)直接形成于光波导(4)表面，伴随导波光在光波导(4)内的传播而产生的消逝场穿透待测薄膜(5)；或在待测薄膜(5)形成于光波导(4)表面之前，首先在光波导(4)表面淀积一层高折射率梯度薄膜(4a)，使伴随导波光在光波导(4)内的传播而在光波导(4)表面产生的消逝场获得增强。

8.如权利要求7所述的消逝场激发薄膜拉曼信号的增强方法，其中，所述待测薄膜(5)是单分子层、单粒子层、多分子层、多粒子层中的一种，待测薄膜(5)的厚度小于消逝场穿透深度。

9.如权利要求7所述的消逝场激发薄膜拉曼信号的增强方法，其中，所述覆盖层(6)的材料是液体，该液体具备以下特性：

(1)该液体覆盖待测薄膜(5)后，待测薄膜(5)的结构和性质不变，仍然保持其完整性；

(2)该液体覆盖待测薄膜(5)后，待测薄膜(5)下方与之接触的棱镜(2)、光纤(3)或光波导(4)的结构和性质不变，仍然保持其完整性；

(3)该液体覆盖待测薄膜(5)后，覆盖之前激励的棱镜全反射或光纤导模或光波导导模不被该液体破坏；

(4)该液体对所使用的光源光没有强烈吸收；

(5)该液体在感兴趣的待测薄膜拉曼信号光谱区域内没有拉曼信号。

10.根据权利要求9所述的消逝场激发薄膜拉曼信号的增强方法，其特征在于，所述覆盖层(6)的材料是水、水溶液、有机溶剂、有机溶液中的一种。

11.如权利要求7至8任意之一所述的消逝场激发薄膜拉曼信号的增强方法，其中，所述覆盖层(6)的材料是固态薄膜，具备以下特性：

(1)该固态薄膜覆盖待测薄膜(5)后，待测薄膜(5)的结构和性质不变，仍然保持其完整性；

(2)该固态薄膜覆盖待测薄膜(5)后，待测薄膜(5)下方与之接触的棱镜(2)、光纤(3)或光波导(4)的结构和性质不变，仍然保持其完整性；

(3)该固态薄膜覆盖待测薄膜(5)后，覆盖之前激励的棱镜全反射或光纤导模或光波导导模不被该固态薄膜破坏；

(4)该固态薄膜对所使用的光源光没有强烈吸收；

(5)该固态薄膜在待测薄膜拉曼信号光谱区域内没有拉曼信号。

12.如权利要求7所述的消逝场激发薄膜拉曼信号的增强方法，其特征在于，调节入射光偏振方向，使约束在待测薄膜(5)内的消逝场成为横电波或横磁波，然后增大待测薄膜(5)上方覆盖层(6)的折射率，用于增强待测薄膜(5)内部的偏振消逝场，从而增强由该偏振消逝场激发的待测薄膜(5)的偏振拉曼信号。

13.如权利要求7所述的消逝场激发薄膜拉曼信号的增强方法，其中，所述待测薄膜(5)拉曼信号沿待测薄膜(5)法线方向被收集进入拉曼光谱仪进行探测；或沿棱镜全反射光传播方向把待测薄膜(5)拉曼信号收集进入拉曼光谱仪进行探测；或从光纤一端面把待测薄膜(5)拉曼信号收集进入拉曼光谱仪进行探测；或从光波导一端面把待测薄膜(5)拉曼信号收集进入拉曼光谱仪进行探测。