腔衰荡光谱技术（CRDS：Cavity Ring-down Spectrocopy）是一种高灵敏度的光谱测量技术，凭借其不受光源波动的影响，在各种物理量和化学量的测量中有着广泛的应用。而光纤环形腔衰荡光谱技术（FLRDS： Fiber Loop Ring-down Spectroscopy）结合了光纤传感和腔衰荡光谱技术高灵敏度的优点，成为近十年来人们研究的热门课题。本论文较为系统地研究了CRDS基本理论，并在此理论基础上对FLRDS应用于气体传感进行了实验研究，主要研究内容及创新成果包括以下几个方面：(1)在腔衰荡基本原理的基础上，对高反镜组成的衰荡腔的腔模式拍频，横模简并现象和腔内的干涉效应进行分析，并进一步对衰荡信号的数据拟合噪声进行理论建模，深入分析和比较了探测器噪声受限和散粒噪声受限两种情况下的数据方差结果，为光纤腔衰荡光谱技术应用于传感研究奠定了基础。(2)对FLRDS技术应用于传感进行了合理设置系统结构的实验研究。在腔内接入EDFA虽然可以补偿腔内损耗，但不易控制与腔损耗相匹配，对改善系统的精度作用不明显；若改变腔中光纤长度则可以明显改善光谱质量，可见选择合适的腔长对该系统测量灵敏度的提高有着很重要的作用。(3)提出基于两个光纤环形镜的线形腔衰荡光谱技术，通过分析实验结果，发现选择不同耦合比的光纤耦合器对实验的结果有较大的影响，若输入光功率足够大，选择两个49:51的分光比组合的系统性能会明显优于光纤环形腔衰荡系统。另外发现衰荡谱的质量跟光纤环形镜的环的长度有着密切关系，若能较好控制环的长度则可以得到很好的衰荡谱。(4)针对现有FLRDS系统普遍存在的衰荡谱不稳定的问题，提出一种双光路光纤环形腔衰荡甲烷气体传感系统。这种技术将传统的差分检测技术与腔衰荡光谱技术相结合，并利用甲烷在波长1645nm附近的近似梳状的吸收谱特性，采用调制的宽谱光源将甲烷的梳状吸收谱检出，同时对6个以上吸收峰进行测量，可以大大提高系统的稳定性和灵敏度。(5)提出了基于双光纤环形腔级联的应变传感系统。利用两个环形腔级联产生的游标谱对环形腔中任意一点施加的应力进行测量。实验结果表明，应变的大小同时跟级联游标谱的自由光谱范围的倒数和游标谱的透射强度呈现线性关系，因此该传感系统可以同时采用这两个量的变化对应变进行定标。此外还发现施加的应变会引起透射光的相位变化。该系统结构简单，与基于FBG的应变传感系统相比不受温度的变化影响，优势明显。