本文主要研究了气体分子的相干反斯托克斯喇曼散射光谱(CARS)。文章首先基于介质中的麦克斯韦方程组，采用电磁波与物质相互作用的半经典理论，以量子化的物质粒子系统的密度矩阵和薛定谔方程为基础，阐述了CARS半经典理论，推导了三阶非线性极化率和气体介质中CARS光谱强度的表达式。计算了氮气、一氧化碳的CARS谱，讨论了泵浦光和斯托克斯光线宽对谱线形状的影响，研究了氮气、一氧化碳的CARS光谱与温度、浓度的关系。然后给出了二氧化碳分子和水分子的分子结构，振转能级和CARS光谱理论，计算了二氧化碳和水的CARS谱，并分析了CARS谱与温度的关系。根据分子喇曼共振跃迁频率和染料激光器的线宽，计算了在一台染料激光器和一台泵浦激光器入射条件下的氮气、一氧化碳和氢气的多元CARS谱，及二氧化碳和氢气的多元CARS谱。分析了多元CARS谱与温度，多元探针分子浓度之间的关系，分析结果表明：利用多元CARS谱不仅能得到燃烧系统的温度，还可以同时得到多元探针分子的浓度百分比。