拉曼光谱信号为何普遍较弱？
拉曼光谱信号弱，本质上源于其物理过程的低概率特性。当光与物质相互作用时，主要发生的是弹性散射（瑞利散射），即光子能量不发生改变，这占据了绝大部分（约10^-3）的散射光。而拉曼散射是一种非弹性散射过程，光子与分子振动发生能量交换，其发生的概率极低，通常只有入射光的10^-6 到 10^-8。这意味着，在极强的入射激光中，仅有极少部分光子会携带分子的“指纹”信息被散射出来，信号强度自然非常微弱。这是拉曼光谱技术固有的、物理层面的根本挑战。
影响信号强度的关键因素
除了本质上的低概率，多个实验因素会进一步削弱或影响信号的采集。首先，样品本身的性质至关重要：荧光干扰是常见问题，其强度可能比拉曼信号强几个数量级，完全淹没有用信号；深色或吸光样品会大量吸收激光能量，导致发热甚至分解，同时降低有效散射体积。其次，光学系统的效率直接影响信号收集，包括激光器的波长与功率稳定性、物镜的数值孔径（决定收集光的能力）、光栅和探测器的灵敏度等。任何环节的损耗都会让本就微弱的信号雪上加霜。
应对弱信号的常用技术策略
为了克服信号弱的难题，现代拉曼光谱技术发展出多种增强与优化方法。最有效的是表面增强拉曼散射（SERS），利用金、银纳米结构的局域表面等离子体共振效应，可将特定分子的信号增强数百万至上亿倍。共聚焦显微拉曼技术则通过空间滤波有效排除焦平面外的杂散光，提高信噪比。此外，使用更长波长的激光（如785nm, 1064nm）可以显著抑制荧光背景；而高灵敏度探测器（如深度制冷CCD）和优化光路设计，则能最大限度地捕捉每一个珍贵的拉曼光子，从而获得清晰可辨的光谱。