1961年，D.A.杰克逊^[注]首次应用法布里-帕罗（Fabry-Perot）腔进行介质吸收的检测。1974年，A.卡斯特勒^[注]认为激光强度通过光学腔进行指数衰减，并证明的衰减时间取决于腔内的损失，其中包括镜子的损失。1980年，J.M.赫伯林^[注]等提出通过测量光学谐振腔的衰变时间常数确定镜子反射率的方法。1984年，D.Z.安德森^[注]等提出腔衰荡概念，并使用电开关技术斩断连续光直接进行测量。1988年，A.奥基夫^[注]和D.A.G.迪肯^[注]以脉冲激光器作为光源，利用光腔衰荡光谱技术方法测量了氧分子的禁阻跃迁，从此激光光腔衰荡光谱作为一种高灵敏度的光谱检测方法被世人所接受。

在一定条件下，在高反射率镜片M₁和M₂构成一个光学谐振腔，一束脉冲激光（或者斩断的连续光）经过模式匹配系统调整后沿光轴入射到谐振腔内，忽略衍射及散射损耗，单色脉冲光在两个腔之间往返震荡，每经过一次循环投射出部分光，M₂后面的探测器接收光脉冲信号并考察其衰减规律。为了避免相邻两次循环的输出光强产生叠加，腔长与激光脉冲宽度应该匹配。设腔镜M₁和M₂的反射率分别为R₁和R₂，I₀为第一次投射出腔外的脉冲峰值光强，根据朗博-比尔定律，谐振腔第j+1（j≥0）次透出脉冲峰值光强为：

（1）

式中L为腔长；α为腔内介质吸收系数；T₂为输出镜M₂的透射率。

设激光脉冲第一次投射出腔外的峰值时刻为0时刻，则在时，光束在腔内的循环次数为：

（2）

从而有：

（3）

即投射脉冲激光光强峰值以单指数形式衰减，透射光强是一条指数形式的衰减曲线，其特性与谐振腔有关。

腔衰荡光谱仪由激光光源、衰荡腔、信号接收器组成。光源通常为脉冲激光光源或者窄线连续激光光源。后者通过斩波装置把连续激光斩断为合适脉冲宽度的激光。脉冲激光或斩断的连续激光的频率配合衰荡时间，从而避免光强产生叠加。

衰荡腔由一组高反射率单曲面透镜和镜腔组成。两个反射镜的反射率通常达到99%以上，以保证光在腔内衰荡过程不会产生过大反射损失。反射镜通常置于密封的镜腔中，同时通过调节镜架角度，保证反射镜之间正对平行的关系，以保证光在腔内沿谐振腔轴多次震荡。

信号接收器通常为光电倍增管，接收探测器的灵敏度要足够高以接收微弱的透过高反射透镜的激光。在适当的波长范围内，探测器响应时间要低于衰荡时间。信号采集和显示装置通常为示波器，最后将数据传给计算机进行处理。

腔衰荡光技术作为一种新型的吸收光谱检测技术除了传统光谱技术具有的实时、在线、原位分析能力外，还具有独特的优势，即不收光强度起伏影响、高灵敏度、可自定标及绝对定量测量能力。

由于腔衰荡技术测量的是光脉冲的衰减速率。可以很好地避免激光能量波动对检测结果的影响，很好地弥补了传统吸收光谱的缺陷。由于使用腔衰荡光谱检测技术能够用相对简单的装置获得很高的探测灵敏度，自出现以来受到国际学术界的普遍重视，已被广泛应用到分子和原子体系的光谱研究以及痕量气体的检测等领域。