稳定同位素以其特有的指示性作用,被普遍的应用到地球化学、医疗、生态等领域。这些应用都需要对同位素丰度精确的测量,传统的同位素丰度测量技术是质谱技术,经过多年的研发已具有很高的灵敏度。但是质谱技术有诸多局限性,如体积大、价格昂贵、样品需要采集并预处理等,这些因素都大大限制了质谱技术的应用。激光吸收光谱技术作为一种新型的同位素探测技术,具有体积小,响应快,操作方便,可实时在线等优点,受到广泛的关注,得到快速的发展。本文主要围绕CO2气体及其同位素丰度的测量进行展开。结合波长调制离轴积分腔输出光谱技术(Wavelength Modulated Off-Axis Integrated Cavity Output Spectroscopy,WM-OA-ICOS),实现对C02气体中13C、18O的丰度探测。研究内容及创新点有:(1)对于吸收光谱技术而言,谱线的选择是至关重要的,也是首要任务。谱线的选取需要考虑的因素有很多,如避免其他气体的干扰,合适的吸收线强等。选择合适的谱线可以大大提高系统的探测结果。本文主要探测CO2及其同位素,分析16O12C16O、16O13C16O、16O12C18O这三者的吸收谱线,研究温度与压力对吸收谱线与吸收线强的影响。并利用数据库对吸收进行模拟,最终确定所选取的谱线位置。(2)建立一套基于波长调制离轴积分腔输出光谱技术的同位素丰度探测系统。研究相关器件的性能指标,选取适合的部件。光路系统是吸收光谱技术的重要组成部分。为实现腔内较窄的自由光谱区间隔,本系统利用的一种Herriott型积分腔。积分腔基长15.9厘米,光斑在两镜片上来回反射11次,实现较密的自由光谱区间隔,使更多的光耦合进积分腔内。对光路系统进行安装调节,对出现的模式现象进行分析。并利用光学模拟软件,对腔内的光路分布以及镜面上的光斑分布进行模拟。积分腔的体积较小只有81mL,较小的体积保证气体置换的效果。在此基础上,编写相关的软件,进行信号采集处理,最终实现对CO2气体中13C、18O同位素丰度的实时检测。(3)研究室温对量子级联激光器(Quantum Cascade Lasers,QCL)输出波长的影响,提出一种实现激光器波长稳定输出的方法。利用探测器探测激光输出的结果,与标准信号进行对比,判断漂移量。根据输出波长的漂移情况,利用数字电位计,改变激光器的驱动电流。通过驱动电流的修改,来消除激光器输出的漂移。最终减少量子级联激光器工作过程中受到环境温度变化的影响,使系统具有更广泛的适用性。(4)提高系统的性能除了提高器件性能和结构的稳定性外,信号处理方法也是一种常用的手段。选取的波段在4.3μm处,激光器的输出一般不会采用光纤尾纤输出。这种情况便会导致一部分光路裸露在外部空间内,腔内相比于外部光程较长,但是腔内属于低压状态,腔内的分子数密度远小于腔外部。因此,外部空间环境的变化会影响基底噪声与测量结果。对信号进行光强修正,同时分析信号的特性,选取合适的小波基函数对信号进行处理,有效抑制背景噪声提高测量精度。