痕量气体的高灵敏检测在大气化学、环境监测、冶金化工、工业过程控制、气体泄漏中具有广泛的应用需求。中红外波段由于覆盖了大量气体分子的基频吸收，尤其适合痕量气体分子的吸收光谱测量。中红外量子级联激光器(QCL)因其宽调谐范围、窄线宽、高功率（平均功率在mW量级）、单模、室温工作特性而成为痕量气体探测的理想光源。利用当前室温脉冲工作的QCL，结合气体分子在中红外光谱区的基频强吸收特性，可以实现痕量气体的有效探测。　　 本文针对脉冲QCL痕量气体检测光谱特性及数据处理方法开展研究。首先系统性地研究了室温工作QCL在长脉冲扫描模式下的输出光谱特性。研究了激光器不同工作参数下的频率调谐特性、光谱分辨率与脉冲宽度、电压、温度、时间变化的关系;通过测量光谱研究，分析得到脉冲激光条件下分子光谱信号线型与激光参数之间的关系，提出了提高光谱分辨率、优化光谱质量的方法以及用于光谱定量分析的数据选择依据;根据吸收谱线线宽随压力的变化估算了室温脉冲QCL的激光线宽，确定了光谱测量的压力修正算法模型。采用实时的光强拟合、时域频域转换、气体分子吸收谱线线型拟合及测量压力的修正实现特征光谱解析;对基于室温脉冲QCL吸收光谱的浓度反演方法进行了探讨，采用光谱谱线特征参数，结合测量光谱的高频响应特性，实现了无需标气校准的痕量气体浓度绝对定标与准确反演。结合QCL的长脉冲扫描光谱技术与吸收池长光程技术，针对中红外光激光传输示踪和光路调节的难题，设计了基于可见光示踪的同轴光路调节结构，实现了紧凑结构下的复杂长光程激光传输的简易调节。采用Allan方差分析方法研究了系统的频率稳定性，获得了系统最佳积分时间，提高了系统检测灵敏度。针对环境大气中的重要污染物CO和NO的检测需求，对系统性能进行了测试，证明其满足大气中痕量气体测量指标。最后，采用集成的检测系统在上海世博会期间开展了外场应用，充分展示了脉冲QCL高分辨中红外激光光谱在环境大气痕量气体污染物监测领域的广阔应用前景。