本文来源于国家海洋领域863课题“天然气水合物原位地球化学探测系统”。海底天然气水合物是迄今所知的最具价值的海底能源,现在对天然气水合物的勘察有多种方法,对水中游离态甲烷的检测是其中的一种。但是由于水中游离态甲烷含量较少,检测难度较大,所以通过一般的甲烷检测方法无法探测到水中微量甲烷的存在。拉曼检测是一种快速、非破坏性,能进行分子识别的激光检测技术,另外液芯光纤对拉曼光具有长光程累积作用,所以本文采用液芯光纤拉曼检测技术可以实现高灵敏度水中微量甲烷的检测。本文采用经典理论和量子理论阐述了拉曼散射的产生机理,推导了拉曼散射公式,分析了甲烷分子的结构特点和光谱活性,得到了甲烷的四个固有振动频率,讨论了采用拉曼光进行水中样品检测的优势。分析了水中甲烷的拉曼光谱特点及浓度、温度和压力对拉曼频移的影响,采用激发光波长为532nm的LRS-Ⅲ型激光拉曼光谱仪对水中甲烷进行了拉曼检测的实验研究,并探讨了共振拉曼对提高拉曼检测灵敏度所起的作用。本文介绍了液芯光纤的结构特点,分析了液芯光纤的传光原理,讨论了液芯光纤输出拉曼光功率与光纤长度、损耗系数和折射率之间的关系；建立了光纤弯曲损耗的理论模型,并对液芯光纤弯曲损耗的影响因素进行了仿真研究。提出了液芯光纤拉曼检测的方法和装置构成,说明了液芯光纤对拉曼光的长光程累积增强作用。采用LabVIEW软件编写了液芯光纤拉曼增益的仿真程序,并对不同中心频移和光纤长度的液芯光纤输出拉曼光谱进行了仿真。