随着地球纬度的垂直改变，地球大气层温度分布呈梯度变化，最低温度可达到160 K。大气的主要组成部分有水汽、二氧化碳、甲烷等，二氧化碳，甲烷气体是重要的大气温室气体，研究它们的低温吸收光谱对深入理解大气辐射传输具有十分重要的意义，对研究激光大气传输有着重要的应用价值。另外，随着人类对外星球的探测更加关注，如土星的卫星铁坦，其大气的主要组成部分为甲烷与氮气，在平流层中温度可达71 K，了解这些大气分子在低温下的吸收特性，对认识外星球的大气特性至关重要。然而，在HITRAN数据库中，低温光谱参数大部分都是由理论推导计算得出，有部分给出的参数会与实际情况有所偏差，这就给低温光谱参数在地球、太阳系及其卫星的大气遥感等实际应用中带来较大的误差。为了开展低温大气分子高分辨率光谱的研究，我们研制了一套可连续控温的低温大气分子吸收光谱实验装置，文中详细地介绍了低温吸收光谱装置的结构组成、工作原理、系统的温度标定、温度稳定性及真空度等。　　 首先，利用建立的低温光谱测量装置和中心波长为1653 nm的DFB激光器对甲烷气体低温吸收光谱进行了研究，获得了296 K、266 K、248 K、223 K、198 K、176 K温度下的甲烷低温吸收光谱，分析了甲烷分子的低温吸收光谱特性，测量了谱线线强、低能级能量E"，以及谱线的转动角动量J。　　 其次，利用建立的低温吸收光谱测量装置和中心波长为1537 nm的DFB激光器对二氧化碳气体低温吸收光谱进行了探测。获得了296 K、273 K、248 K、228 K这四组温度下的二氧化碳低温吸收光谱，分析了低温吸收光谱特性，测量了谱线线强、自加宽系数γself，以及自加宽系数的温度依赖系数n。　　 另外，利用工作在750～840 nm波段的连续可调谐钛宝石激光器与单频运转连续Nd：YAG激光器在周期性极化铌酸锂非线性(PPLN)光学晶体中，通过二阶非线性效应产生中红外差频激光输出。晶体周期采用19.5μm，产生的中红外可调谐激光在2.7μm附近，并结合低温吸收光谱装置，测量了2.7μm附近二氧化碳低温吸收光谱。