全球变暖已经受到世界各国的普遍关注，其根本原因是大气温室气体的排放不断增加，其中CO₂占了温室气体排放量的80％，通常被认为是导致全球气候变暖的最主要的因素之一。因此对于大气中CO₂的浓度监测是十分必要也是各国目前节能减排保护环境方面研究的重点。大气中CO₂浓度的测量通常是通过光谱分析的手段进行的，其中对于大气中O₂A带光谱测量的准确性将直接影响到CO₂浓度反演计算的精度，因此对于O₂A带光谱特性的研究就尤为重要，其中O₂A带高光谱测试技术及测试仪器是进行相关研究工作的前提，本文正是围绕着O₂A带高光谱分辨率测试系统开展系统设计及相关技术研究的。本文首先介绍了论文研究的背景及现实意义，说明了研究工作的必要性和紧迫性；接着对高光谱探测的基本原理进行了较为详细的说明，尤其对应用于大气探测方面做了较为具体的介绍；接下来从CO₂浓度测量中O₂A带光谱的影响分析入手，得到O₂A带光谱分辨率在CO₂浓度反演计算中对于精度的影响，进一步论证实现O₂A带高光谱分辨率测试的方法并提出了系统所需要达到的指标；为了能够制作出满足高光谱分辨率测试要求的全息光栅，进行了大尺寸、高刻线密度、高波前质量的全息光栅曝光光学系统的设计,通过比较确定了分振幅形式的曝光光学系统，为了得到高质量的衍射波前，曝光光学系统采用大阿贝数差的双分离透镜组结构形式，同时采用补偿镜的方式进行装调，实现了测试波长与工作波长共像面，便于装调过程的实时监测；接下来进行了O₂A带高光谱分辨率测试系统的设计工作，主要完成了系统的光学设计，光谱分辨率达到0.044nm，对设计结果进行了综合像质评价与结果分析，证明结果满足高光谱分辨率测试系统的指标要求，通过光学设计的结果确定了全息光栅的技术指标，利用所研制的曝光光学系统完成了该全息光栅的研制，同时研制了一台用于大尺寸全息光栅衍射效率测量的全息光栅衍射效率测试仪并对该光栅进行了衍射效率测量；将该光栅其应用于O₂A带高光谱分辨率测试系统中并进行了光谱定标工作，完成了相关大气观测实验，通过实验数据表明：分光器件选择合理，能够满足系统高光谱分辨率要求，同时O₂A带高光谱分辨率测试系统各项指标均满足使用要求。在论文的结尾对所开展的工作进行了全面的总结和概括，并对未来工作进行了展望。近几年来，CO₂浓度监测技术和方法在空间领域的应用已经逐渐成为各国科学家们研究的热点，但总体上讲，很多关键元器件及高光谱分辨技术的研究尚处于探索性研究阶段。因此，本论文的研究工作对于推动我国在空间领域进行CO₂浓度监测及相关技术的研究，具有一定的探索性和创新性，为将来开展多种大气成分测量的研究工作奠定了研究基础。