呼吸气体检测是一种无损伤的疾病诊断和代谢状态监测方法。呼吸时的CO₂图监测是一种重要的疾病早期诊断手段。而呼吸CH₄的测量对各种肠道疾病诊断有重要意义,包括乳糖不耐症、肠道综合症和肥胖症等。本文以CO₂和CH₄为目标气体,对基于空芯光波导（HWG）的可调谐激光吸收光谱（TLAS）呼吸气体检测技术进行了研究。主要工作包括:第一,空芯光波导有效光程长及物理光程长的研究。利用TracePro软件对HWG的物理光程进行仿真,分析了HWG物理光程和弯曲半径以及内径的关系。利用干涉方法测量HWG物理光程,并验证了HWG物理光程和弯曲半径的关系。有效光程是Beer-Lambert定律中的重要参数。基于CO₂的直接吸收光谱,构建了HWG有效光程测量系统。分析了长度为284.0 cm的HWG有效光程测量结果,并得到有效光程测量系统的重复性误差为0.08 cm,检测限为0.057 cm。第二,基于直接吸收光谱的呼吸CO₂检测的研究。根据CO₂的吸收谱线和呼出气体中的主要成分,选择2003 nm处的CO₂吸收谱线作为目标谱线。然后,搭建基于HWG的呼吸CO₂测量系统。对系统中的光学条纹进行了分析和处理,并实现了呼吸CO₂图监测。积分时间为40 ms时,呼吸CO₂测量系统的检测限可达60 ppm。系统线性拟合相关度高达0.99916。这一系统采用空芯光波导作为气体池,实现了呼吸CO₂图的高精度高时间分辨率检测。第三,基于波长调制光谱的呼吸CH₄高灵敏度检测研究。采用新型中红外带间级联激光器（中心波长3392 nm）作为光源,在呼吸CO₂检测系统的基础上,对光路以及通气回路进行了改进,构建了基于HWG的呼吸CH₄测量系统。然后,对不同对象呼吸时CH₄浓度及同一对象饮酒前后的呼吸CH₄浓度进行在线实时测量及对比分析。最后,评价了系统的检测限、线性度和时间分辨率,分析了温度和压力对系统测量的影响。呼吸CH₄测量系统的时间分辨率达0.1 s,检测限达48 ppb。基于空芯光波导的可调谐激光吸收光谱检测系统克服了传统气体池体积大的缺点,满足了实时呼吸气体检测需求,实现了呼吸成分中CO₂和CH₄的高精度和高时间分辨率测量。此外,基于空芯光波导的可调谐激光吸收光谱系统具有通用性,通过更换相应波长的激光器可实现其它呼吸气体的检测。