随着全球经济迅速增长,甲烷（CH4）作为天然气的主要成分,已经成为生产生活中重要的燃料之一。但因其易燃易爆的特性,严重威胁生产和人身财产安全。此外,甲烷作为重要的温室气体,对加速气候变暖起着不可忽视的作用。因此,开展甲烷气体的高灵敏度检测方法和仪器研制具有重要的实际意义。当前,激光吸收光谱因其具有非接触性、快速响应和高灵敏度等优势,在气体检测领域得到广泛应用。直接吸收光谱技术作为广泛使用的光谱方法,在已知分子的谱线强度、温度、压力等参数下,结合朗伯比尔定律即可反演出待测气体浓度信息。然而,吸收光谱所普遍依赖的HITRAN数据库中的光谱参数有限,无法满足实际应用中复杂环境中高精确度浓度测量的需求。本文选用工作在近红外波段的半导体激光器作为光源,结合自行编写的多光谱拟合程序算法,对甲烷在1.653μm(波数为6046.9 cm-1)处泛频2v3吸收带中R3跃迁谱线参数进行了深入研究,实验结果与最新版光谱数据库HITRAN16进行了对比,线强、空气加宽和自加宽系数均具有较好的一致性。据此,针对水汽加宽效应的显著影响,和现有光谱数据库中的加宽参数均为干燥空气诱导的加宽系数无法满足实际应用需求,通过自行建立的实验装置开展了水汽诱导的甲烷R3跃迁谱线加宽系数研究,并与其他文献报道的相关结果进行了对比,在实验误差范围内,结果具有较好的可靠性,从而为高湿环境中高精确反演甲烷气体浓度算法模型的修正提供重要光谱参数。此外,本文采用三镜腔结构,搭建了一套基于近红外1.653μm半导体激光器的开放式痕量甲烷气体检测系统。利用波长调制光谱技术和相关光谱原理的校正算法,在有效光程约36 m的实验条件下,实现了大气甲烷的实时测量。根据艾伦方差（Allan deviation）分析,在2 s的积分时间内系统探测灵敏度为206.2 ppb,当积分时间增加至798s时,该系统的灵敏度提高到8.1 ppb。该实验系统可广泛应用于工业气体处理控制、大气环境监测等领域。