本文对离轴积分腔输出光谱技术(Off-Axis Integrated Cavity Output Spectroscopy,OA-ICOS)开展研究,并将该方法应用于高灵敏度、原位在线测量水中溶解痕量气体技术研究。通过主动引入白噪声扰动激光器的方法有效地抑制了腔模式噪声,实现了非充分离轴积分腔系统中信噪比的提高,为进一步发展高精密的原位测量技术提供了重要的参考。基于OA-ICOS技术设计了一种具有高稳定性的内嵌式积分腔结构,并放置在温度可控的保温箱内,确保光学探测模块的温度稳定。研究了系统非耦合辐射输出信号对有效吸收信号的影响,根据实验结果、探测器和高反镜的参数,选择1550nm高通滤光片对多参量气体测量系统的光路进行了优化。将射频(Radio Frequency,RF)白噪声扰动注入到激光器驱动电流,研究了注入的RF噪声功率对腔模噪声的抑制效果及对吸收线型的影响。结果表明,注入的RF噪声功率越高,腔模噪声越低,吸收光谱的线宽也随之增加,但吸收光谱的积分面积并没有受到影响,而对应的二次谐波信号(2f)随之减弱。信噪比分析结果表明,用于OA-ICOS系统和波长调制OA-ICOS系统(WM-OA-ICOS)的最佳噪声扰动条件均是注入功率为-20 dBm的RF白噪声。通过这种主动注入白噪声的方式,使OA-ICOS法测量CH4的检测灵敏度提高了 3倍,使WM-OA-ICOS系统的检测灵敏度提高了约4倍。浓度测量结果显示,在单程吸收损耗较大的情况下,浓度与积分面积之间呈曲线关系,修正了浓度反演公式。从实验上证明了白噪声用于改善OA-ICOS系统残余腔模式噪声的有效性和实用性。基于离轴积分腔输出光谱技术,使用光开关和自主研发的控制电路,建立了一套甲烷和二氧化碳同时测量的测试原理样机,对该样机的检测限、测量精准度等性能进行了分析。对两种吸收信号的相对积分面积和浓度之间的曲线关系进行了分析和拟合,并标定出测试样机的积分时间为5s时,测量CH4浓度的检测限为7.7 ppbv,测量CO2的检测限为1.4 ppmv,预估计对应CH4和CO2水中溶解度的检测限分别为0.3 nmol/L和62 nmol/L。通过与美国Picarro公司的G2201-i型号气体分析仪进行对比实验,结果表明两者具有很好的一致性。连接自主搭建的水气分离系统,对自来水中溶解气体成分进行了测量分析。对深海原位气体溶解度检测仪器的进一步研发具有重要的参考意义。