由于激发和薄膜内的拉曼散射光的干扰，多层薄膜的拉曼信号强度随薄膜厚度呈非单调变化。这种现象不仅可以用来增强拉曼信号，还可以用来研究薄膜的厚度和光学性质。
拉曼光谱用于表征二维材料薄膜厚度
测定薄膜材料厚度的常用技术包括光学方法，如反射光谱法和椭偏法。在某些情况下，例如当薄膜生长在透明的衬底上时，这些光学技术可能具有挑战性，不能提供准确的结果。蓝宝石上硅(SOS)薄膜就是一个例子。对于原子薄的二维(2D)材料，原子力显微镜(AFM)是常用的厚度测量方法，然而，AFM是耗时的，并且只能给出不同位置之间的相对厚度差异。光学对比也是表征多层二维材料(如石墨烯3、4和过渡金属二卤化物(TMDs))层数的强大工具。然而，光学对比方法仅限于极少数(<10−15)层。
拉曼光谱是一种基于光在材料振动模式下的非弹性散射的光学光谱技术，常用于表征薄膜和原子层材料拉曼光谱在物理化学中用于指纹材料，探测结构和结晶度，非接触式温度测量，和热能传输的表征，以及许多其他应用。虽然每种拉曼活性材料的拉曼特征都是唯一的，但拉曼信号的强度取决于采样体积(激发光与材料相互作用的体积)和仪器参数，如激发激光频率和强度、探测器效率和增益以及测量积分时间。如果这些实验参数在测量之间保持一致，来自薄膜样品的拉曼信号的强度可能被用作薄膜厚度的测量。
在一定的薄膜厚度下，测量的拉曼强度增强并且已被证明是由于在薄膜界面上的多次反射的入射光以及拉曼散射光的干涉。这种干涉增强拉曼散射(IERS)现象被用于最大化拉曼信号，这些信号来自于沉积在衬底上的较厚层之上的非常薄的层。自从首次证明石墨烯在硅衬底上的拉曼增强，一些研究人员使用拉曼强度比来估计石墨烯的厚度，MoS2,或六方氮化硼沉积在SiO2/Si上。这些厚度或层数的估计使用了样品与衬底拉曼强度的比值，或衬底拉曼强度与样品与裸衬底的比值，并基于多波分析或传输矩阵方法(TMM)来预测这些比值。然而，在多层薄膜中，衬底不是拉曼活性的，或者在结构中只有一种拉曼活性材料，强度比将不能用于厚度估计。
图1.532 nm激发激光和100 X物镜获得的蓝宝石上硅薄膜的拉曼光谱
拉曼测量是在配备532 nm和785 nm激发激光器的后向散射拉曼光谱仪中进行的。532 nm激光直接耦合到显微镜光学器件，而785 nm激光是光纤耦合的。自由空间光学将激光引导到光学显微镜(Olympus BX-53)上，光学显微镜配备了10× (NA = 0.30)、50× (NA = 0.50)和100×物镜(NA = 0.80)。通常情况下，使用100×物镜，在532 nm激光的样品上产生直径小于1 μm的激光光斑。两个中性密度滤光片允许激光强度分别降低10倍或100倍。光谱仪(Horiba iHR 320)采用1800g /mm衍射光栅和tec冷却ccd探测器(Horiba Syncerity)。测量参数包括激光强度、入口狭缝宽度和积分时间在同一样本集的单个测量之间保持不变。测量光谱中的个别拉曼峰适合于洛伦兹轮廓，以获得信号强度的值。三维(3D)微台用于在x和y方向上定位样品，并在z方向上调整样品，使激光聚焦到样品表面上。通过显微镜观察激光光斑，激光聚焦到样品上。图1便是上述设备使用情况下测得的不同薄膜厚度的拉曼光谱变化趋势。
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