腔衰荡光谱技术是基于高品质光学谐振腔发展起来的一种具有高分辨率、高灵敏度的激光吸收光谱检测技术,被广泛应用于环境监控、疾病诊断和安全保障等领域。近年来,腔衰荡光谱技术在新型光源的选择、频率匹配的调制以及腔体结构的设计等方面迎来了新的发展方向。本文以窄线宽DFB激光器为激发光源,对腔衰荡光谱检测技术的理论和实验进行研究,主要包括以下内容:1、对腔衰荡光谱技术的工作原理进行研究:从激光注入谐振腔的必要条件出发,利用多光束干涉理论分析了直线腔中光波的动态频域特性,并提出激光中心频率允许偏移随激光带宽的变化关系;随后利用DFB激光器波长可调的特点,分析了入射激光频率和谐振腔纵模之间的匹配方法;同时根据激光的传输特性,通过耦合镜片,实现了入射激光与具有稳定结构的谐振腔内光束的横模匹配。2、对腔衰荡光谱技术的全周期过程进行分析:从腔内能量变化规律和多光束干涉理论出发,建立了腔内能量随时间变化的数学模型;然后分别对腔衰荡光谱技术的充光、关断以及衰荡过程进行理论推导,模拟出不同激光带宽以及中心频率偏移对充光过程的影响;并结合关断过程与衰荡过程之间的瞬态关系,讨论了激光光源不同的关断时间对衰荡曲线的影响。3、搭建开放式四镜环形腔衰荡光谱检测装置并对实验室环境下的二氧化碳气体进行浓度检测:利用HITRAN数据库中气体分子的离散点参量,拟合了不同温度和压强下二氧化碳的吸收截面密度,并对与气体吸收峰波长对应的DFB激光器进行静态特性分析以及束腰半径测量;随后利用ABCD传输矩阵理论对四镜环形腔的参考镜面及其子午面和弧矢面进行稳定性计算;根据列文伯格-马夸尔特、离散傅里叶变换以及线性回归总和三种算法对衰荡曲线的拟合精度和拟合时间的对比结果,选取列文伯格-马夸尔特作为衰荡时间的提取方法,并依据激光波长偏离吸收峰的原理求得开放腔的空腔衰荡时间,从而实现了利用开放式四镜环形腔检测装置测得实验室环境下二氧化碳的浓度为486 ppmv。