本发明涉及一种温室气体的相干测量装置，包括：光学频率梳光源、半波片、四分之一波片、光纤环形器、光学扩束镜、单模光纤偏振控制器、二氧化碳激光器、甲烷激光器、光学开关、光纤合束器、光电探测器、滤波器、数据采集与处理器和反射镜。所述光学频率梳光源、半波片、四分之一波片、光纤环形器、光学扩束镜依次连接，所述光纤环形器、单模光纤偏振控制器、光纤合束器、光电探测器、滤波器、数据采集与处理器依次连接，所述二氧化碳激光器、甲烷激光器均与光学开关连接，所述光学开关与光纤合束器连接；所述数据采集与处理器与二氧化碳激光器、甲烷激光器连接，所述反射镜用于接收光学扩束镜发射的激光。本发明的测量装置具有测量范围广、测量距离远的特点。