激光腔内光声光谱测量是一种高灵敏度的微量气体检测方法，采用多条激光谱线测量能同时对多种微量气体浓度进行定量分析。这种方法广泛应用于大气污染检测和生物代谢气体分析。 本论文首先介绍了光声技术的发展和现状，详细讨论了CO₂气体存在情况下多成份混合气体光声光谱理论以及与之相对应的数据处理算法，同时介绍了光声光谱系统的结构和控制软件的编写思想。 由于受CO₂与N₂分子之间传能引起的动力学冷却效应的影响，在混合气体中含有CO₂时，光声信号的幅度与气体的浓度不再呈线性变化，位相也发生变化。选择线性拟合的数据处理方式不能得到正确的分析结果。而采用非线性Levenberg-Marquardt拟合方法处理实验数据，能够有效的消除混合气体中CO₂气体对其他气体浓度检测结果的影响。 利用基于波导CO₂激光腔内光声光谱仪，对大气污染气体和生物代谢气体成功进行了分析。通过对CO₂浓度变化的混合气体中恒定C₂H₄的检测，显示了线性方法的局限性，同时证明了L-M非线性算法的正确性。采用L-M数据处理方法，正确得到富士苹果释放的C₂H₄含量和混有摩托车尾气的空气中的C₂H₄浓度，以及复印室空气中的C₂H₄和O₃浓度，实验结果验证了非线性拟合分析方法的有效性。