表面增强拉曼光谱（Surface-Enhanced Raman Spectroscopy，SERS）是一种用于检测和分析分子的表面分析技术。它结合了拉曼散射光谱和纳米结构表面增强效应，能够提高拉曼散射信号的强度，从而增强分析的灵敏度。

在传统的拉曼光谱中，样品的拉曼散射信号非常微弱，限制了其在低浓度物质或小体积样品的应用。SERS通过将金属纳米颗粒（如银或金）与待测分子接触，形成纳米结构表面，进而产生强大的电磁场增强效应。这种增强效应可以使分子的振动光谱信号增强达到10^6到10^14倍，大大提高了灵敏度。

SERS的工作原理涉及两个关键因素：电磁场增强和化学增强。电磁场增强是通过局域表面等离子体共振（localized surface plasmon resonance，LSPR）实现的，当激光照射样品表面时，纳米颗粒的表面电子会共振并放大电场，从而增强了分子的拉曼散射信号。化学增强是指纳米颗粒表面与待测分子之间的化学相互作用，包括化学吸附、电荷转移等，可以进一步增强信号强度。

SERS具有广泛的应用领域。它可以用于生物医学领域的生物分子检测、药物分析和细胞成像。在环境监测中，SERS可以用于检测污染物和有害物质。此外，SERS还可以应用于食品安全、材料科

学、能源领域以及文化遗产保护等多个领域。

超构表面是一种由亚波长尺度单元按特定空间排布的结构，具有体积小、重量轻、易集成的特点，能够对电磁波的振幅、相位、光谱、偏振等特性进行灵活有效的调控。通过对电磁波相位的调控，可以任意地控制电磁波波前的形状，进而满足实际应用的需求，是光学成像系统的理想选择。因此基于超构表面体系，衍生出用于成像功能的超构透镜体系。其原理包括共振相位 、传播相位、几何相位。

共振相位的调控原理是通过改变单元结构调控共振频率下的目标相位，通常包含金属天线的电偶极共振和MIM结构的磁偶极共振，以及介质纳米柱的米氏共振和F-P共振等；

传播相位的调控原理是利用光在传播过程中产生的光程差调控相位，通过波导光学理论和等效介质折射率理论设计；

几何相位，又叫 Pancharatnam-Berry(PB)相位, 其调控原理是通过改变微纳结构在平面内的旋转角度, 实现对圆偏振光的相位调控，通过圆偏振态的转换实现正交偏振态的相位调制；

在油浸式变压器内部出现故障过程中，绝缘油会因分解而产生烃类气体。绝缘油中溶解的气体成分、含量与变压器工作状态之间存在一定的关联性，因此通过检测绝缘油中溶解的气体种类与每种气体的浓度可以判断变压器的运行状态。基于光声光谱法的油中溶解气体检测因具有检测灵敏度高、检测范围宽、检测速度快等优势，逐渐成为研究热点所在，目前已经广泛应用到变压器的在线监测中。

由于气体分子对光强的吸收服从朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律，基于光声效应的光声光谱属于吸收光谱，它反映了气体对光的吸收特性。光声光谱是基于光声效应的一种高灵敏、高动态范围的量热光谱技术。具体原理是气体分子吸收红外光后发生能级跃迁，处于激发态的分子通过无辐射弛豫回到基态，释放出的热能，宏观上表现为气体分子温度升高，导致在一定体积内气体压力增大，气体分子运动碰击壁产生周期性变化的声压信号。光声信号的本质是光、热、声、电的能量转换。

光谱吸收法以比尔-朗伯(Beer-Lambert)定律为依据, 通过测量不同物质吸收谱线的位置和强度，可以同时确定物质的种类和浓度；基于光谱吸收的气体传感器具有灵敏度高、选择性强、响应速度快。光热光谱法检测气体原理：气体吸收特定波长的光气体分子吸收光子后导致分子内电子从低能态跃迁到高能态。由于电子无法在激发态或虚态保持稳定，很短时间内受激电子将会释放出所吸收的能量由高能态返回到低能态。弛豫可分为自发弛豫(辐射或荧光产生)和非辐射弛豫，其中非辐射弛豫会伴随有热量的产生，进而改变气体的密度、温度和压强，所有这些变化最终可以表现为介质折射率的变化。进而导致探测光束的相位变化。通过观察探测光束的相位变化实现对气体浓度的检测。

表面等离子共振(Surface Plasmon Resonance，简称SPR) 技术是一种基于光学原理发展而来的新型分析技术。是指光在棱镜与金属膜表面上发生全反射现象时，形成消逝波进入到光疏介质中，而在介质（假设为贵重金属）中又存在一定的等离子波，在基于能量守恒的前提下两种波段相遇时可能会发生的共振现象，进而可以构建生物分子相互作用的生物传感分析技术，用以检测生物传感芯片上配位体与分析物之间的相互作用情况。该技术可以检测抗原与抗体、DNA 与蛋白、DNA 与DNA 之间的相互作用，已广泛应用于生命科学、医学诊断、食品安全及环境检测等领域。