随着现代激光技术的发展,可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术因其具有光谱分辨率高、选择性好、灵敏度高、响应速度快等优势,所以被越来越多地应用于大气环境监测、燃烧诊断、危险气体泄漏安全监测、工业过程控制以及医学诊断等领域。而调制光谱技术和多光程吸收池常用于提高TDLAS系统的检测灵敏度及测量稳定性。本文主要对TDLAS的调制光谱技术及其在气体检测中的应用展开研究。首先研究了波长调制理论,实验搭建了一套波长调制气体吸收光谱测量系统,实现了燃烧中的CO₂和CO的单激光器同时测量;其次,研究了免校准波长调制光谱理论,并从实验上验证了免校准技术对探测光强及外界干扰的免疫能力,并采用免校准波长调制光谱技术搭建了小型化TDLAS系统,实现了单个激光器对空气中CO和CH₄的实时监测;最后,研究了频率调制光谱技术,实验测量了NO分子b⁴（50）ˉ-a⁴（47）系统（3,0）带跃迁谱线,并研究采用频率调制技术抑制光谱系统中的干涉噪声,实现频率调制光谱系统的小型化及快速测量。本论文的研究成果及创新主要包括:1.研究了波长调制理论,并实验搭建了一套波长调制气体吸收光谱测量系统,使用单个分布反馈式（Distributed Feedback,DFB）激光器实现了对通信波段（1.58μm）附近的CO₂和CO的同时测量,并在1 s的积分时间内选取最佳平均次数为10次来进一步减小随机噪声的影响。通过Allan方差分析,系统对CO₂和CO的最低探测极限可分别达到7.5 ppm(10^-6)和14 ppm。此外,实验通过控制空气进量对蜡烛不同燃烧程度时产物中的CO₂和CO浓度进行了实时测量。2.实验验证了通过一次谐波归一化二次谐波信号实现的免校准波长调制光谱对激光光强变化及气流影响、系统震动等外界干扰的免疫能力。基于免校准波长调制理论搭建了小型化的多光程TDLAS系统,用于空气中CO和CH₄的实时监测。系统尺寸为60?30?25 cm³,采用集成化的FPGA控制系统和新型Herriott多光程吸收池,选择中心频率为2.3μm的DFB激光器作为光源,排除空气中复杂气体成分的干扰,同时考虑空气中实际含量选择合适吸收线,实现对CO和CH₄的同时测量。通过Allan方差分析,该系统能实现对CO和CH₄的最低探测极限分别为0.73 ppb(10^-9)和36 ppb,并对空气中的CO和CH₄连续测量了48小时,结果与附近环境监测站报道较吻合。3.研究了频率调制（光外差）光谱技术,搭建了基于光外差-浓度调制光谱系统,实验测量了NO分子b⁴（50）ˉ-a⁴（47）系统（3,0）带跃迁谱线。实验搭建小型化多光程频率调制光谱系统,测量了1.5μm附近C₂H₂气体吸收谱线,通过选择合适的调制频率实现对多光程池中干涉噪声的抑制,理论分析及实验研究发现,当调制频率为干涉自由光谱区的整数倍或半整数倍时,干涉噪声得到有效抑制。且采用频率调制技术的光谱系统可以实现快速测量,测量周期可缩短至10μs。通过Allan方差分析,该系统的最低探测极限可达18 ppb。