二氧化碳作为由人类活动产生的第一大温室气体,其分子吸收跃迁光谱参数对监控全球二氧化碳浓度与分布、限制碳排放和保证碳交易的公平等具有非常重要的价值。但目前使用的光谱测量方法存在一些不足,难以精确得到二氧化碳跃迁谱线的展宽与压窄等光谱参数。本文基于光腔衰荡光谱技术(Cavity Ring-down Spectroscopy,CRDS),以分子振转吸收光谱和热力学理论为基础,对CRDS系统进行研究分析,提出了一种高精度锁定衰荡装置和测量方法,实验测量了二氧化碳在1.6微米附近的五条跃迁谱线,获得了二氧化碳精密分子光谱参数,具体来讲,本文的研究内容主要有以下五个方面:1、从分子能级出发,分析了分子对于特定频率光子的吸收原理,将衰荡腔的损耗与腔内光子的寿命联系起来,阐述了光腔衰荡光谱技术的基本测量原理。2、提出了一种腔长可调节的光学衰荡装置。通过对光腔衰荡系统的分析及腔长锁定原理的研究分析,构建出衰荡腔的透射模型,通过设计光路系统和电路系统,建立起高精度锁定衰荡装置的测量系统。3、搭建基于电光调制器的锁定衰荡装置系统。利用稳频的He-Ne激光器作为参考光源,使用电光调制器对激光调制出的正边带作为参考频率,通过函数发生器产生一个驱动信号作用在压电陶瓷上,快速改变衰荡腔的腔长,将探测器捕获的信号和参考频率信号比较分析提取得到误差信号,利用PID伺服控制器将衰荡腔初步锁定,改变调制深度和PID控制器增益等相关参数对锁定效果进行优化,最终衰荡腔锁定误差的不确定度接近参考激光器的不确定度水平。4、剖析了基于稳频的光腔衰荡光谱装置系统。对于基于稳频的光腔衰荡光谱系统主要分为两部分:一部分是腔长锁定系统;另一部分是痕量气体的测量系统。同时对气路系统进行简要说明,并给出了整套系统实际工作时的测量方法。5、测量了二氧化碳在1.6微米附近的五条跃迁谱线。首先阐述了所测量谱线的选择,分析了目前常用的分子光谱线型,利用光谱拟合软件对五条谱线的实验数据进行单、多光谱拟合,将拟合结果和现有的数据库参数进行比较,证实了本次实验数据的可靠性,最后分析了实验中的误差来源。