温室气体（Greenhouse Gas,GHG）的温室效应引发全球变暖和气候变化,这使得全球生态环境面临着很大的威胁。一氧化二氮（N2O）是全球六大GHG之一,相较于人们熟知的二氧化碳（CO2）,N2O含量相对较低,但其全球变暖潜能值（Global Warming Potential,GWP）却是CO2的310倍左右,此外,它对臭氧（O3）也有一定的破坏作用。因此,有效探测大气中的N2O含量及其浓度变化趋势是至关重要的。N2O气体分子的吸收谱带主要集中在中红外区域,需要选用中红外光源对N2O气体进行探测。近年来,随着波长可调谐、可室温工作的量子级联激光器（Quantum Cascade Laser,QCL）的研发技术日益成熟,将其与激光吸收光谱技术相结合,可以实现对气体的高分辨率、高灵敏度探测,被广泛应用于气体遥感探测领域。目前,结合激光吸收光谱技术及紧凑型多通道气室（MGC）,可实现对气体分子的快速响应,并达到较低的检测限,但系统为封闭式光学路径,限制了在户外环境中持续检测的便携性、实际适用性和空间覆盖范围。因此,开放式光学路径的设计,对于户外大范围环境中气体浓度的实时检测是十分必要的。为解决上述问题,实现对大气环境中的N2O气体分子的高灵敏度实时探测,本论文的主要研究工作为:（1）结合高分辨率分子透射吸收数据库（High-Resolution Transmission Molecular Absorption Database,HITRAN）,对N2O气体分子的吸收谱线范围进行模拟仿真。分析当测量环境中温度独立变化时,N2O气体分子的吸收谱线强度、线型函数值以及吸收率的变化趋势。根据仿真结果可以得知,随着温度的逐渐升高,N2O气体分子的谱线强度和吸收率是逐渐减小的,但其线型函数值的变化较为复杂,且与中心波数的选择存在一定的相关性。同时,结合仿真数据给出了吸收率的温度校准曲线,可以实现对温度的校准。该工作对系统搭建及实验测量具有重要的参考价值。（2）搭建了可以对大气中N2O浓度实时探测的紧凑型开放光路的气体检测系统。选取最优探测谱线位置,即2203.73 cm-1处的N2O吸收谱线,据此确定发射光源QCL的发射中心波长为4.5μm。选用离轴抛物面反射镜和角反射镜设计了系统的开放式光学路径。结合波长调制光谱检测技术和一次谐波信号归一化波长调制检测技术,使该系统能有效消除激光器光强抖动的干扰,提高系统检测灵敏度。（3）为验证所搭建的开放光路N2O气体检测系统的可行性,结合实验,对系统的性能进行测试与分析。通过对20 ppm的N2O标准气体进行检测,将数据64次平均后,其浓度标准偏差为0.011 ppm,验证了系统测量的高精确度。对实验室环境中的N2O持续测量7h,其浓度标准偏差低于1.5 ppb。结合Allan方差,对系统的最低检测限进行分析,当积分时间为1 s时,N2O检测限为1.1 ppb,当积分时间延长至95 s时,可以达到0.14 ppb的最低检测限,验证了系统的高灵敏度、低检测限的性能,并且完全满足对大气环境中N2O浓度测量的标准。对户外环境中的N2O浓度进行为期两天的实时测量,发现具有较为明显的日变化趋势且较为稳定,进一步验证了所搭建的N2O气体检测系统的高稳定性。此外,对大气中N2O浓度与环境温度变化的相关性进行分析,发现两者具有高度线性相关性。由此可见,本论文中所搭建的开放光路N2O气体检测系统具有快速响应、高稳定性、高灵敏度和低检测限的性能,对于大气环境中的N2O进行实时检测是可行的。