气体传感技术被广泛应用于工农业生产、环境监测、医疗卫生以及军事等领域。传统的非光学式气体检测仪虽然可以达到较低的检测限,但是很容易受其它气体成分的交叉灵敏,而且其响应速度较慢,可重复利用率低,使用寿命较短,难以实时连续监测。基于气体分子对红外、紫外光波的特征吸收原理,光谱吸收式气体传感器具有灵敏度高、气体针对性强和无损检测等优点,所以一直被国内外的研究者关注。近年来,光波导研究的发展和成熟,使其作为吸收池的应用研究成为热点。相比传统的不锈钢准直气腔、多径反射型气腔,以空芯光纤(HWG)、光子晶体光纤(PBGF)为代表的波导式吸收池具有光传输损耗低、与系统元件耦合稳定、抗外界电磁干扰能力强等特性。其基本结构为内壁镀膜的毛细玻璃管,所需样品气量微小,且具有良好的柔韧性。然而,小内径毛细管气室结构需要较长的样气采集时间。当系统需要使用较长的光纤波导来提高测量精度时,换气时间可能长达数个小时而成为限制系统应用领域的关键因素。另外,长光纤在充气过程中会在两端形成较高的压力梯度,容易导致光纤的抖动和内部气体分布不匀,给系统测量带来误差。本文针对如何高效的实现传感系统的气体采集与更换,利用扩散原理和流体动力学理论,通过建立理论仿真模型,分析了空：卷波导系统的两种换气机理。同时,以傅罩叶变换红外光谱仪(FTIR)和紫外可见光(UV-VIS)光谱仪,结合实验室制备的高性能Ag/Al空芯光纤设计搭建了两套光谱吸收式气体传感系统,从波导气室结构和外加气泵两方面对系统进行了响应时间优化。针对CO2、CO、CH4等气体在中红外波段的基频吸收峰,对低浓度气体的光谱检测实验。实验结果表明,FTIR系统对CO2和CO检测最低可测量极限分别可以达到1ppm和20ppm,10-70ppm区问的实验理论相关系数分别达到0.99和0.97。经波导气室结构优化后系统在自然环境中响应时间从3小时降为22min,对CH4气体的浓度检测下限为40ppm。而紫外可见光系统对苯类有机物有非常敏锐的响应度,经压差动力优化后系统的响应时间可以达到秒量级。本文从理论和实验多方论证,基于空芯波导的传感系统在结构优化后可以大幅降低响应时间,同时保持较高的灵敏度和可观的浓度检测极限,在长期分布式环境监测和实时性较高的在线检测等不同应用场合均能实现优良的检测性能,为波导式吸收池的设计与优化提供了重要的参考。