本发明属于激光光谱技术应用领域,具体涉及一种NO2浓度分布探测的装置和方法。将第一激光器和第二激光器垂直90度放置,第二激光器通过半波片,使第二激光器的发射激光光束的偏振态旋转90度,使得第一激光器和第二激光器的发射激光光束的偏振态为垂直方向;在此之后,第一激光器和第二激光器发出的激光光束经由45度放置的偏振分光镜合成一束光束,再由激光发射装置准直后发射到大气中;发射到大气中的激光光束的后向散射信号经由激光接收装置收集,经过带通滤光片滤除大气背景信号后,成像到一个倾斜放置的图像传感器上。采用本发明的装置和方法,极大地简化了系统结构,降低了系统成本,提高了系统的稳定性。