大气层是孕育和呵护生命的基础,但人类无节制的活动使得目前大气组分经历着剧烈的改变。特别是在我国,由于长期忽视经济发展与环境保护之间的联系,环境污染尤其是大气污染问题尤为突出。如何有效监测大气中痕量污染气体的浓度,以了解大气中的理化过程,进而有效防治大气污染具有重要意义。由于传统的痕量气体检测技术具有诸多弊端,因此非接触式、实时性好、灵敏度高的光学检测方法逐渐成为痕量气体浓度检测的主流技术。腔衰荡吸收光谱技术通过谐振腔的光学特性增加等效吸收路径,具有极高的探测灵敏度。本文系统地研究并实现了腔衰荡吸收光谱技术,并在此基础上完成了 CO₂浓度检测,主要工作如下:首先研究了光腔衰荡光谱技术的基础理论,包括谐振腔稳定条件、模式理论、损耗特性及气体浓度测量的实现方法等,设计了结构简单、易于调节的光学谐振腔,并以此为核心搭建了 CRDS系统实验平台。其次,研究了系统光路调节方法,通过扫描激光器频率实现了激光器与光学谐振腔的模式耦合,获得了稳定的透射信号并测量了空腔衰荡时间,完成了腔镜反射率测定和系统等效吸收光程的估算。然后分析了激光器扫描频率对透射信号的影响,确定了系统最佳扫描频率。配置标准浓度CO₂气体并测量其衰荡时间,完成了CO₂气体浓度的标定,最后通过测量不同浓度的气体对系统进行了检验,并通过卡尔曼滤波算法对系统进行了优化。结果表明,该实验系统能够完成CO₂浓度的正确测量。