碳基材料因其碳原子存在 sp3、sp2和 sp1三种杂化构型而具有多种晶体和非晶结构类型，多样的性质以及广泛的应用，在当今的科学技术领域扮演着至关重要的角色。在材料制备及应用研究中，一个最关键的环节就是如何定性地确定和定量地表征这些材料。这样，一种大众的、无损的、快捷的、高分辨率的表征手段就成了应时之需。振动拉曼光谱就是这样一种工具，具备了所有这些特点，是用来表征碳材料结构最常用的技术之一。与实验拉曼光谱相比较，模拟的拉曼光谱具有可以依据振动模来分析光谱的优点，能够给出微观结构与拉曼谱峰的关系，有利于加深对材料结构的理解，更好地解释实验现象和结果。本论文主要对碳材料中的四面非晶碳（ta-C）、掺氮四面体非晶碳（ta-C:N）以及重硼掺杂金刚石（HBDD）的拉曼光谱进行第一性原理研究，分析这些材料的微观结构与振动特点之间的关联。　　理论建模拉曼光谱通常需要可靠的结构模型、振动频率、振动本征模和拉曼耦合张量。使用的 ta-C和 ta-C:N结构模型是采用“液体-淬火”方法得到的，一系列 HBDD结构模型由超晶胞方法构建。采用衰减的第一性原理分子动力学方法对模型中的原子位置进行优化，使用线性响应理论计算模型的振动频率和振动本征模。ta-C和 ta-C:N拉曼张量的计算采用的是有限电场方法，而HBDD的拉曼张量由二阶响应方法给出。使用自行编写的 FORTRAN程序对数据进行后期处理，给出拉曼散射强度。考虑到实验谱线的宽度和模型的有限尺寸，最终的光谱是高斯因子卷积后加宽的谱线。　　ta-C的振动态密度中，sp2杂化碳的振动支配着0~2000 cm-1波数的整个频率范围，sp3碳的振动截止于1500 cm-1，1500~2000 cm-1区间的振动模完全来自于 sp2杂化碳的贡献，原子振动贡献的大小正比于原子的含量。计算的 ta-C的振拉曼光谱与实验光谱取得了较好的一致，并优于紧束缚近似计算的结果。由于大的拉曼散射截面，ta-C的拉曼光谱由 sp2 C的振动支配。特征拉曼峰 G峰由任何成对的 sp2碳原子的伸缩振动产生，T峰由碳碳 sp3振动产生。随着密度的增加，sp3碳含量增加，G峰向高频区偏移，T峰向低频区偏移且T峰与G峰的强度比IT/IG增大。　　ta-C:N中，氮的加入导致 sp2碳的团簇增加和 sp3碳含量的减少。具有碳碳三键的 sp C振动模在2100 cm-1波数附近，sp2和 sp3杂化碳的振动特点与 ta-C中的相同。结构中含量最多的03N态的振动截止于1500 cm-1波数，1500 cm-1以上频率区间的振动仅来自于和/或态的振动贡献。杂化态相同但近邻原子杂化态不同的氮原子具有不同的振动。N+3 N02　　只有具有 C=N双键的 ta-C:N结构的拉曼光谱才存在有明显的氮振动。由于 sp2杂化的 C=C和 C=N的伸缩振动频率非常接近，导致 ta-C:N与 ta-C的拉曼谱图没有很大的差别，谱图中没有出现任何与氮有关的特征峰。　　一系列重硼掺杂金刚石模型C64-nBn(n=1-3)的晶格常数随硼掺杂浓度的增加而增加，总能计算证实硼原子对总是能量稳定的结构。硼原子对对结构的导电性没有贡献，金属性完全来自于结构中的孤立硼原子，超导转变温度 Tc不仅与硼的掺杂浓度有关，还与硼原子的晶格结构有关。　　HBDD拉曼光谱中位于“500 cm-1”和“1230 cm-1”处的新谱峰不仅包含碳原子的振动还分别包含 B-B原子对的振动和 B-C键的伸缩振动。同位素取代的计算拉曼光谱与实验拉曼光谱具有相同的峰位变化，从10B12C到11B12C模型，拉曼谱峰没有明显偏移可以归因于谱峰是几个峰的叠加峰和结构中相对小的硼浓度，而不是谱图中没有硼原子的振动。