腔增强光谱技术是各类超高灵敏度探测技术中重要的一类,它广泛应用在日常生活、工业生产以及科研领域,例如大气化学分析、工业过程控制、探测微观分子及原子体系、生命科学研究、宏观大气环境监测、痕量气体的微弱吸收检测等。本课题依托中国科学院“西部之光”人才培养计划项目——基于谐振腔增强的光纤车辆信息传感技术研究。本文关于频域腔衰荡光谱的研究属于光谱探测中的谐振腔增强技术范畴。主要的研究内容及创新成果如下。首先,文中研究了谐振腔的稳态输出,首次利用线性系统的分析方法,研究了谐振腔对光波的动态响应。将谐振腔视作线性时不变系统,将超短脉冲视作冲激函数,考察谐振腔的冲激响应。基于线性系统的分析方法,谐振腔对任意形式的注入光波的响应可表达为冲激响应与注入函数的卷积形式。该方法可以方便地计算谐振腔对各种类型的注入光波的动态响应。从该角度看,传统的脉冲腔衰荡光谱技术实际上是考察谐振腔的冲激响应,而连续腔衰荡则是考察谐振腔的阶跃响应。在该章节最后,还仿真了谐振腔对光波的动态响应。其次,针对注入光波的光频率缓慢变化的特殊情况,将谐振腔近似为一个固定的梳状滤波器。分析了谐振腔对频率线性啁啾光波的响应,对其输出的光功率信号进行了傅里叶分析,得到了解析形式的数学表达。傅里叶分析表明,谐振腔输出的光功率信号的频谱是随频率按照指数规律衰减的,其衰减速率常数ft与传统的腔衰荡光谱技术的时间域衰减常数t成正比,故也代表了谐振腔内的光谱损耗。进而,提出了一种利用频率啁啾光波实现谐振腔增强光谱测量的新方法,称其为频域腔衰荡光谱。该技术更适用于低精细度的谐振腔,不需要高速的电子设备,能够同时测量腔内损耗和色散。除此之外,还讨论了光源线宽对输出的影响,为实验时选择合适光源提供了理论依据。最后,在介绍过各种类型的衰荡腔后,设计了一款基于频域腔衰荡的高精度能见度传感器。仿真分析表明,该传感器完全满足行车时对能见度测量的要求。