气溶胶是大气污染的主要成分,是影响太阳辐射及气候变化的主要因素。气溶胶的消光系数作为大气能见度的重要组成指标,在大气传输计算、气候变化研究、空地观测以及航空安全等方面具有重要意义。腔衰荡光谱技术作为一种快速检测的光谱技术,具有高灵敏度、可选择性强等优点,是气溶胶消光特性研究的有效手段。本文开展了气溶胶腔衰荡光谱检测技术的理论及实验研究,主要包括以下内容:1、研究分析了腔衰荡光谱的测量原理。由光子弹模型和多光束干涉原理出发,分析了直线腔中的激光光束时域和频域特性,总结了决定衰荡腔体性能的特征参数和表达;分析了衰荡特性及腔内高斯光束的传输,为衰荡腔设计提供理论依据;对腔内的模式匹配进行研究,为激光与衰荡腔匹配过程中的腔失调以及腔失配问题提出解决方法。2、基于动态能量角度研究了腔衰荡全过程。分析了连续波腔衰荡测量过程中的腔内能量变化过程,针对电流调制光腔衰荡的充光过程,建立了基于波长扫描速率的注入光强模型,进而解释了电流调制失谐关断时的过充现象。实验发现改变阈值和延迟时间均能提升检测精度,验证了充光时间的模拟。提升阈值使得衰荡过程的数据获取速率将逐渐降低,在设定时要在满足检测精度的前提下兼顾检测效率;增加适当延迟时间,能够提高衰荡时间和检测精度,实现高精度采样。3、开展了腔衰荡光谱气溶胶消光实验研究。对搭建腔衰荡光谱消光仪的组成器件及关键流程进行介绍,详细介绍了模式匹配及关断系统的模拟及实验调试过程。通过对仪器进行标定测量和性能表征,得到背景衰荡时间为38.29μs,标准差为0.62μs;在长时间测量中基线漂移值为2.1084×10-8m-1,最小消光检测限2.0843×10-6 m-1,搭建气溶胶检测装置性能优异,实验能够得出不同气溶胶粒径的衰荡时间及消光系数,实现了气溶胶消光系数的快速在线检测。在数据处理时还对数据采集部分的“采样”及“平均”进行了分析,单次采样更精确表现数据采集中的误差。