随着科技和工业的发展,气体传感器在环境监测、工业过程监测、矿井安全监测、大气科学研究及生物呼吸诊断等多种场合或领域得到了广泛的应用。然而,传统的气体传感器受到寿命短、交叉灵敏显著及组网成本高等问题的困扰,在面向多领域的应用时有很大的局限性。光纤气体传感器作为新型气体检测设备,除了本质安全、寿命长、可以排除交叉灵敏影响之外,还具备和光纤网络组网的优势,极大的降低了传感网络的成本。因此,光纤气体传感器是气体传感领域一个十分重要的研究方向。本论文针对基于光谱吸收的光纤气体传感系统,进行理论分析和实验研究,并围绕其优化展开进一步的讨论。首先,介绍气体光谱吸收理论,并建立气体浓度与光谱吸收的关系,给出气体吸收谱线选择的依据。接着,针对在光纤通信窗口具有较强吸收谱的甲烷气体进行研究。基于差分吸收原理,进行甲烷气体检测系统设计和实验研究,在实验中,达到271ppm的检测精度。在甲烷气体检测系统基础上,进行面向气体检测组网的多测点气体检测研究,提出了一种结合光开关的时分-空分复用系统,进行了7个测试点的实验,并分析了系统的应用范围和限制。差分吸收方法检测光谱吸收作用较弱的气体时,理论能够达到的精度较低。因此,本论文进一步对基于可调谐半导体激光器的谐波检测式气体传感器进行研究。首先建立理论模型,分析谐波信号和气体浓度的关系。接着,在MATLAB中对检测模型进行仿真,分析调制和扫描信号对检测灵敏度的影响,从而优化系统参数设计。之后,进行电路设计和实验系统搭建,进行CO2气体检测实验,对理论和仿真进行验证。通过对CO2气体进行定标测试,并对检测信号进行处理以优化检测结果,最终达到了68ppm的检测极限和10mV/ppm的系统灵敏度,相比同类研究显著提高。