温室气体的排放是造成全球变暖的主要原因。《京都议定书》中详细列举了相关气体的种类,如二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）等。2020年,习主席宣布中国要采取有力政策和措施,努力做到2030年前碳排放量达到顶峰,最终实现碳中和的宏伟目标。因此,研制适合我国国情、高灵敏的温室气体监测仪器对于监测大气环境质量和测定工厂温室气体排放来源有着十分重要的社会价值和现实意义。基于红外吸收光谱原理,本论文将腔增强吸收光谱技术与Pound-DreverHall（PDH）锁模技术相结合,研制了面向腔增强红外光谱的PDH锁模系统,将分布反馈（Distributed Feedback,DFB）激光器与光学谐振腔进行锁定。研制的数据采集电路将探测器的数据发送到上位机后进行实时监测,开展了CO2气体检测实验,验证了系统的可行性和稳定性。首先给出了红外光谱理论和吸收线型函数。研究了基于腔增强的PDH激光频率锁定技术的基础理论,对法布里-珀罗（Fabry-Perot,F-P）腔的特性参数以及误差信号进行了理论分析与仿真。然后,根据腔增强吸收光谱技术以及PDH稳频技术,设计了PDH锁模系统的整体方案,对相关器件进行了优化选型。使用中心波长为1572 nm的DFB激光器作为光源,采用电光调制器（Electro-Optic Modulator,EOM）对激光进行相位调制。采用的谐振腔长度为0.195 m,腔镜反射率为99.3%,有效吸收光程可达27 m。气室两侧通过窗口片进行了密封处理,通过了长达10min的水下气密性测试。在系统的光学部分,采用偏振片、偏振分束器（Polarization Beam Splitter,PBS）以及1/4波片作为偏振器件。通过偏振片的调节作用,使入射激光的偏振方向与EOM晶体的主轴方向一致,有效减少了剩余幅度调制（Residual Amplitude Modulation,RAM）。传统的分束器将沿垂直方向出射的两束激光功率分为50:50,造成功率的降低。鉴于此,为了减小激光的功率损耗,采用偏振分束器和1/4波片取代了传统方案。平行线偏振光沿主轴方向传播,通过1/4波片后,转变为圆偏振光进入谐振腔形成共振。从谐振腔反射回的水平偏振光再次经过1/4波片,延时?/2后,变为垂直偏振光,通过偏振分束器后被探测器接收,实现了谐振腔反射信号的采集。在系统的电学部分,使用驱动单元Q-Driver（QDR200HDDTCA0.02-0.5W1,QUBIG）产生24.4 MHz的本振信号,与探测器采集到的谐振腔反射的光外差信号进行混频和低通滤波处理,得到误差信号。该误差信号经比例—积分—微分（Proportional Integral Differential,PID）控制器反馈调节腔长,实现了激光与谐振腔频率的锁定。在信号处理部分,使用光电探测器、数据采集和处理电路对谐振腔的透射信号进行采集,并通过Lab VIEW上位机平台进行显示和数据实时在线处理。分析了腔增强吸收光谱气体传感信号的噪声特性,对比研究了EMD-SG滤波、小波去噪和卡尔曼滤波三种去噪算法的去噪能力,为后续基于PDH锁模技术的腔增强气体传感系统的噪声处理提供了理论和实验基础。根据PDH锁模技术,建立了一种腔增强CO2传感系统,实验测试了气体传感器的性能。首先,通过可见光,调节光路使其准直;采用1572 nm DFB激光器探测CO2气体。使用配气系统配制了不同浓度的CO2气体样品,标定了腔模峰值电压随CO2气体浓度的变化关系。利用上位机平台,实时采集腔模峰值电压并进行Kalman去噪处理,通过Allan方差计算出传感器的检测下限为206.5 ppmv（Parts-Per-Billion in Volume,百万分之一）,与未采用去噪算法相比,检测下限降低了10.4倍。实验测得的系统响应时间为26 s。本论文的创新点在于:（1）采用PDH锁模技术,研制出一种腔增强CO2气体传感系统。（2）设计了面向腔增强光谱技术应用的三种去噪方法,并通过实验证实了算法的去噪特性。