呼吸气体分析技术是具有广阔应用前景的医学领域,能够提供一种无损、实时、高灵敏度的探测以及实现定点疾病诊断和代谢状态的监测。激光光谱技术不仅具有高灵敏度和高选择性,而且还能够做到实时监测的能力,在医疗诊断领域有着十分重要的作用。本论文重点介绍了波长调制（WMS）技术的理论及其在呼吸气体检测方面的应用。利用中心波长为2.73μm的可调谐分布反馈式（DFB）激光器为激光源,搭建了一套基于可调谐半导体吸收光谱（TDLAS）技术的呼吸气体检测装置。利用长约88 cm的单通池作为气室,选用3659.402 cm^-1和3659.934 cm^-1处的谱线分别对呼吸气体中的CO₂和水汽同时进行测量。通过浓度定标,在CO₂和水汽浓度分别小于35%和2.3%时,得到了CO₂和水汽的线性相关度分别为0.99945和0.99679;通过对实验参数的优化,呼吸CO₂和水汽的探测灵敏度分别达到了0.433%和137 ppmv(10^-6);在呼吸循环过程的实时监测中,CO₂和水汽含量变化分别稳定在5.3%和2.2%,得到浓度响应时间约4.5 s。在17 min的积分时间里,CO₂的探测极限可以达到149 ppmv。结果表明测量系统能够对呼吸气体进行稳定而准确的测量。然而,单通池过大的容积并不利于呼吸气体分析,除了会消耗过多的呼吸气体之外,还会增加呼吸气体的浓度响应时间。为了解决单通池带来的问题,利用一段长为1 m的中空光纤替代传统的单通池作为气室。中空光纤内径只有1 mm,容积为0.78 cm³,这可以极大地节省气体样品消耗,还极大地节省了实验空间。通过对不同CO₂浓度梯度进行测量,发现浓度上升和下降过程中响应时间较短,分别为1.4 s和1 s。此外,在16 s的最佳积分时间内,呼吸CO₂的检测极限为61 ppmv,相应的等效噪声灵敏度为7.7×10^-6 cm^-1Hz^-1/2。通过与直接吸收方法作比较,WMS方法的探测灵敏度提高了约22倍。结果表明,相比于传统的单通池,基于中空光纤的呼吸气体检测装置可以缩短浓度响应时间,提高探测极限。