在预混甲烷/空气燃烧的平面火焰炉上, 采用脉冲式光腔衰荡光谱技术（cavity ring-down spectroscopy, CRDS）实现了对OH分子浓度的定量测量。 根据光腔衰荡吸收光谱理论, 选取OH的A2Σ+-X2Π(0,0)电子跃迁带中的P1(2)吸收谱线构搭建了一套激光波长在308.6 nm的脉冲CRDS实验装置。 脉冲CRDS装置中的衰荡光腔是由一对反射率为99.7%的高反射镜组成且其衰荡腔的腔长为270 cm, 并测量空腔（光腔中无火焰）的衰荡时间为2.33 μs。 通过理论分析影响浓度精确测量的实验参数, 分别采用平面激光诱导荧光(planar laser induced fluorescence, PLIF)、 相干反斯托克斯拉曼散射(coherent anti-stokes Raman scattering, CARS)和脉冲CRDS三种技术精确测量OH的有效吸收长度、 高温火焰的温度和有效的光腔衰荡时间。 当在平面火焰炉上燃烧预混的甲烷(1.1 L·min-1)和空气(15 L·min-1)且在距离炉面高度为6 mm时, 采用PLIF技术测量的有效吸收长度比直接选用燃烧器炉面直径作为吸收长度的精度提高7.1%, 室温下利用CARS技术测量的温度要比热电偶测量的温度精度提高45%, 衰荡光腔内有火焰且选用非OH吸收波长时测得的光腔衰荡时间要比采用空腔时测得的光腔衰荡时间精度提高21.6%。 因此, 通过以上多种测量技术相结合的方式精准测量各实验参量, 最后得到OH分子数密度在距离炉面高度为6 mm时达到最大值（3.59×1013 molecules·cm-3）且OH浓度精度要比于未修正的OH浓度提高了35.6%。 另外, 在不同当量比下（Φ=0.7～1.1）, OH粒子数密度都会随着距离炉面高度的增加而减少, 通过曲线拟合发现OH浓度随着距离炉面高度的增加呈e指数衰减。 在同一燃烧高度的富氧燃烧状态下, OH浓度随着当量比的增加而增加; 当甲烷流量保持恒定时, 富氧燃烧状态下的OH浓度要高于低氧燃烧状态下的OH浓度。 在燃烧场中, 采用这种多光谱技术相结合（CRDS-CARS- PLIF）的精准测量方式不仅能够实现对OH浓度精准的定量测量提高了测量精度, 还可为定量测量其他燃烧产物分子的浓度提供技术支撑, 对研究燃烧化学反应起着至关重要的作用。

对比了波长调制和腔长调制两种方式实现模式匹配的性能特点，通过测量空腔衰荡时间并进行Allan方差分析，得到两种调制方式的衰荡时间分别为(5.239±0.077) μs和(5.252±0.058) μs，该系统的吸收系数检测限为10^-10量级。对于甲烷气体浓度，通过步进式改变入射激光的波长，描绘了甲烷气体的吸收谱线，其检测限可达10^-9量级。利用波长调制和腔长调制方式得到环境中甲烷气体的浓度分别为1.868×10^-6和1.870×10^-6。实验结果表明，虽然波长调制和腔长调制均能实现模式匹配，完成痕量甲烷气体的测量，但是通过对比可知：腔长调制方式具有更高的测量精度和更低的浓度检测限；波长调制方式发挥了可调谐激光器的优势，结构相对简单，无需压电陶瓷等附加的机械结构。因此，在实际应用中可根据需求在测量性能和装置复杂度及成本之间进行取舍。

提出一种用于低信噪比光腔衰荡时间准确提取的信号平滑方法，该方法基于数字图像处理领域的空间滤波平滑技术。首先推导了这种平滑方法的平滑过程和平滑效率，并与其他平滑算法进行了对比。推导结果表明基于均值滤波算子的空间滤波平滑方法具有最高的平滑效率。其次，分析了信号平滑方法的实用效果，结果发现该平滑方法与加权线性最小二乘算法相结合能够实现高精度、快速同时准确度较好的光腔衰荡时间提取。最后结合实验数据检验了平滑方法的处理效果，取得了列文伯格-马夸尔特算法相一致的衰荡时间提取结果。

理论分析了腔内电磁诱导透明效应(EIT)对腔衰荡光谱(CRDS)的影响，提出了利用V型三能级EIT中的光泵效应提高探测光透过率从而改善CRDS性能的方案。实验中采用铷87原子的D2线构建了V型三能级EIT，在适当的控制光强度下实现了CRDS衰荡时间及其灵敏度的改善，使灵敏度增强至原有灵敏度的1.45倍。

对NO3腔衰荡光谱(cavity ring-down spectroscopy, CRDS)探测系统中衰荡时间的准确提取方法进行了研究。 对衰荡时间有效快速的提取可以提高CRDS测量的精度和速度。 选取了五种常用的提取衰荡时间的拟合方法, 分别为快速傅里叶变换法、 离散傅里叶变换法、 线性回归总和法、 列文伯格-马夸尔特算法和最小二乘法。 采用以上五种算法对带有不同大小白噪声的模拟衰荡信号进行拟合, 并从受噪声影响情况、 拟合准确性和精度、 拟合速率, 三个方面对五种算法的拟合结果进行对比和分析, 结果表明列文伯格-马夸尔特算法和线性回归总和法准确度高、 抗噪能力强, 但列文伯格-马夸尔特算法拟合速率相对较慢。 选取衰荡时间的5～10倍为衰荡信号的最佳拟合波形长度, 此时五种算法拟合结果的标准偏差最小。 采用外部调制二极管激光器及高反腔搭建CRDS探测系统, 针对0.2%噪声的实验条件, 选取线性回归总和法和列文伯格-马夸尔特算法对实际测量的实验数据进行处理。 实验表明, 线性回归总和法拟合准确度和精度与列文伯格-马夸尔特算法相似, 但拟合速率比列文伯格-马夸尔特算法快约5倍。 实验结果与模拟分析相吻合, 表明线性回归总和法为适合我们实验条件的最佳拟合方法。

腔衰荡光谱(CRDS)技术是一种高灵敏的激光吸收光谱技术,它实现的关键技术是在腔内激光强度达到 一定值时,迅速将激光关断来探测光强的衰减信号。在激光与腔共振时,腔的反射信号迅速减小可以 产生低电平来触发由TTL信号控制的声光调制器(AOM)关断激光,从而实现CRDS。在关断激光后用快速 响应探测器对腔的衰荡信号进行探测,用Labview软件编程进行数据采集并编程拟合得到腔的衰荡时 间,实验中测得空腔的衰荡时间为2.54 μs。该方法简化了实验装置,可以应用到镜片反射率测量以 及光谱分析应用等领域,具有较高的实用价值。

对光纤环形腔技术的传感原理进行了理论推导，并设计了一种双环路一氧化碳浓度测量系统.分析了掺铒光纤放大器在系统中的作用及其增益波动对系统的影响，通过对掺铒光纤放大器的增益进行反馈控制，进一步了提高了测量系统的稳定性和精确性.通过实验，得出了不同浓度的一氧化碳所对应的衰荡曲线.分析了不同浓度的气体对光的吸收特性及衰荡时间与浓度的关系，为实现气体浓度的高准确度在线测量提供了重要的依据.

采用列文伯格-马夸尔特算法（L-M）和最小二乘法（LS）对带有高斯白噪音的两种模拟衰荡信号进行了拟合分析.结果表明:L-M相对于LS所得结果更准确,相对误差更小,抗噪音能力更强,且重复性更好.搭建了两种光腔衰荡光谱法系统,分别得到连续和脉冲衰荡信号,依据理论分析结果对实验数据进行了处理,所得结论与模拟结果一致.

分析了相移光腔衰荡技术中由锁相放大器探测光腔输出信号一次谐波的振幅和相位随调制频率的变化曲线.拟合结果发现,联合幅频和相频曲线构造同时含有振幅和相位信息的均方差拟合函数,不同频率拟合范围得到的衰荡时间平均值为0.791 μs,最大误差由分别用幅频或相频曲线拟合得到的衰荡时间误差的8%减小到1.3%,均方差仅为0.5%.通过在拟合函数中加入系统响应时间、系统初始相位等参数,避免了相移光腔衰荡中直腔实验时测量系统频率响应曲线,提高了测量精度.

根据光腔衰荡光谱技术原理,建立了测量镜片反射率的实验装置.利用该装置测定了一对反射率相等的高反射腔镜,反射率测试结果为(99.925±0.001)%;以22.5°将直腔变为折叠腔,测得的反射率为(99.992±0.003)%.重复测定反射镜样品的反射率,精度达到10^-5.该测量装置可用于超低损耗薄膜高反射镜反射率的精确测量.轻微移动探测器位置,对腔镜的测试结果影响不大.