作为一门古老而又充满活力的学科，分子光谱学经过一个世纪的发展已日益成熟。人们通过分子光谱了解分子结构和内部相互作用，并广泛应用于光化学、天文和环境科学等研究领域。高灵敏度和高分辨率光谱技术的发展让科学家们得以精细地获得分子光谱，了解分子内部的精细相互作用。天文学和大气学的研究需要分子吸收光谱的信息，吸引光谱学家们的实验和理论研究。但是目前实验上存在一些困难，例如要记录超高温（＞2000K）吸收光谱是非常困难的，而恒星大气吸收主要是超高温环境下的。近年来计算机技术和从头算方法的发展，人们能够精确计算小分子的结构和性质，如势能面、偶极矩面等。目前用高阶相关理论计算小分子势能面和偶极矩面，建立分子精确哈密顿量和模型和偶极矩模型，利用变分法或高阶Van Vleck微扰论，可以精确计算分子的能级、波函数，以及分子的光谱强度，从而理论上帮助解析实验光谱，解释分子吸收光谱的一些特殊实验现象，预测高温和同位素分子的吸收光谱谱线位置．本论文的研究工作集中在实验和理论研究分子的势能和偶极矩面，特别针对XH_n型分子。在第二和三章中，我们采用量化从头算方法理论计算了XH_n型分子的势能面和偶极矩面，在理论预测结果帮助下分析了SiH₂Cl₂分子的振动吸收光谱，构造约化的键振子偶极矩模型研究XH_n型分子的XH伸缩振动光谱强度．在第四章，我们记录了水和硫化氢五种同位素分子的高分辨吸收振转光谱；在H₂O分子高精度从头算研究结果的帮助下分析归属了水的转动吸收光谱，得到大量的光谱数据用以精细水分子的势能和偶极矩面；采用有效振转哈密顿量全局拟合D₂S分子的振转能级得到一套描述所有振转能级的光谱参数。 在第一章中，我们描述了本论文中涉及到的理论、模型和处理方法等背景知识。首先简单比较了简正坐标和内坐标下的哈密顿量；并分别介绍了XH_n（n≥2）分子的XH伸缩振动哈密顿量，XH_nY_4-n（n=1，2）分子的XH伸缩和弯曲振动哈密顿量以及小分子XH_n（n=2，3）分子（3n-6）维哈密顿量的MORBID模型；同时给出了采用微扰论方法，通过一系列振动和转动切变换，并考虑各种共振相互作用的一个等效振转哈密顿量。对分子光谱学中用二阶微扰论给出的分子力场与光谱参数的关系式和变分法求