为了加快气体吸收光谱分析算法的求解速度、重构算法的硬件逻辑，采用现场可编程门阵列（FPGA）器件，结合波长调制光谱技术，研制了一种硬件可重构波长调制甲烷传感器。根据应用功能需求，可在硬件层面重构逻辑电路，从而更新系统工作模式和探测参数。采用流水线技术，对光谱分析算法进行了硬件加速，光谱分析部分的输入与输出之间的时间延迟仅为4.05 ms。实验分析了该传感器在连续、间歇两种工作状态下的波形与电流，证明了该系统工作模式的可重构特性，也证实了采用间歇式工作降低激光气体传感器功耗的可行性。采用正弦信号对FPGA算法部分的功能进行了测试，结果表明，测得的信号幅值与输入信号幅值的线性度达到了99.99%。采用中心波长为2 334 nm的分布式反馈激光器作为光源、光程为25 m的赫里奥特气室作为气体吸收池，开展了甲烷检测实验。传感器的线性度为99.97%，响应时间约为4.9 s。艾伦方差结果表明，当积分时间为0.5 s时，传感器的检测下限为7.8×10^-6。开展的甲烷泄露实验证实了该传感器的现场应用能力。设计的FPGA算法，通过硬件编程，可实现传感器工作模式与参数的灵活重构，在激光气体传感领域具有较好的片上集成应用前景。

光学气体吸收池可以模拟气体分子的吸收环境并提供较长的吸收光程，因此被广泛应用于气体分子光谱测量以及痕量气体检测等领域。从常温和变温两个角度综述了光学气体吸收池的发展历程，首先介绍了应用于常温气体测量的White型、Chernin型、Herriott型、环型光学气体吸收池的结构原理以及相关应用，并分析了相应的优缺点；随后总结了应用于变温气体测量的光学气体吸收池的技术工艺、主要性能指标、结构特点及应用；最后，对光学气体吸收池的发展前景进行了展望。

由衬底集成空心波导 (iHWG) 与傅里叶变换红外光谱仪 (FTIR) 结合组成的气体检测系统具有体积小、响应快、光路设计灵活、机械稳定性好等优点, 能够用于污染气体实时在线检测。iHWG的几何参数如波导长度、横截面宽度和波导形状很大程度上影响了FTIR-iHWG系统的检测性能。基于空心波导的传输理论, 理论分析了不同几何参数对iHWG传输特性的影响。以体积比浓度为100×10^-6的NO₂气体作为样本气体, 设计了四种不同几何参数的iHWG, 实验验证了理论分析的正确性。结果表明, 同等条件下, 横截面宽度越大的波导, 其系统检测性能越高；对于不同形状的 iHWG, 直线型iHWG系统检测性能更好。此研究结果将为 iHWG的进一步优化设计提供借鉴。

针对H₂S气体在近红外波段的吸收系数低导致检测灵敏度难以提高的难题，提出了基于共振式多通光声池的SF₆分解产物H₂S气体检测技术。对赫里奥特型多通光声池进行优化设计，激光光束反射次数达到20次。近红外激光经功率放大后入射到多通光声池，通过多次光学反射大幅度提升了光声信号的激发效率，结合声学共振放大技术、光纤放大技术和波长调制-二次谐波检测技术，搭建了一套光声光谱气体检测系统，实现了SF₆背景下微量H₂S气体的高灵敏度检测。实验结果表明，归一化噪声等效吸收系数为2.23×10^-9 cm^-1·W·Hz^-1/2，在平均时间为100 s时，该检测系统对H₂S气体的检测极限达到2.7×10^-8。

搭建了一套气室容积仅为0.79 mL的非共振式光声光谱检测装置，在0至100 ppm浓度范围内，激发的光声信号幅度与SO₂/SF₆混合气体浓度之间有良好的线性关系，响应度为5.59 μV/ppm。系统的归一化噪声等效吸收系数为7.2×10^-8 cm^-1W·Hz^-1/2。Allan-Werle方差分析结果表明，当平均时间为100 s时，系统对SO₂的检测极限达到0.1 ppm。本文提出的高灵敏度SO₂气体原位检测技术为判断SF₆气体绝缘设备的故障程度提供了有效的解决方案。

为实现对危化品气体泄漏的实时、远距离、非接触性监测，提高监测效率和精度，研制了一种多组分气体激光遥测系统。基于波长调制光谱技术，利用STM32芯片结合自主设计的驱动电路对激光器进行控制，采用不同的调制频率分别提取甲烷、氨气、乙炔的二次谐波信号，实现混合气体的同步、实时、远距离遥测。采用光强调制幅度归一化的波长调制光谱技术使遥测结果免受回波激光对信号强度的影响。实验测量表明本系统对甲烷、氨气、乙炔的探测下限分别可以达到87 ppm·m、212 ppm·m、12 ppm·m，测量误差小于10%。测量不同距离下的遥测信号，遥测距离至少可达40 m。本系统为激光痕量气体检测研究与应用提供了一种多气体、实时、同步、高灵敏度、远距离、性能稳定的遥测解决方案，能够广泛应用于矿山灾害气体监测预警，危化品场站和运输管网等场合的气体泄漏监测预警。

选择中心波长为8.91 μm的量子级联激光器作为光源，结合波长调制光谱技术和小体积长光程的光学多通池，开发了一套氨气浓度检测系统。进行不同压力下氨气的直接吸收测量，结果表明谱线选择正确，以及系统搭建可行。配制不同浓度的氨气进行波长调制测量，得到二次谐波信号峰峰值与浓度之间呈现很好的线性关系，其拟合系数为99.50%。氨气浓度在0~100 ppm范围内，二次谐波的平均误差小于3%，其中在较高浓度10~100 ppm范围内，相对误差小于1%，灵敏度为10.35 ppm/V。配制浓度为6.25 ppm的氨气，并通入多通池检测，对系统进行Allan方差分析，系统在最佳积分时间为195 s时的探测极限为121.58 ppb。同时，从管道材料、温度两个方面出发，探究氨气脱附的效果。