为了更好地探测对流层大气水汽的垂直廓线, 对已经建立的935 nm差分吸收激光雷达进行了部分改进。采取双通道接收的措施, 近场通道望远镜同时也是发射激光的扩束器, 近场通道采用偏振分束器加四分之一波片的方式隔离发射光和回波光, 远场通道(主通道)采用平行旁轴的卡塞格林望远镜, 从而减小激光雷达近地面盲区; 发射机的双波长挪到936.0~936.5 nm之间, 增加了注入种子激光的功率, 提高发射光谱纯度, 从而提高探测精度。探测范围从600~2 000 m, 延展到250~3 000 m, 随机误差5%。

水汽含量是大气最基本的物理参量之一, 大气水汽垂直分布结构对于大气过程的研究十分有意义。 差分吸收激光雷达可以昼夜获取高精度、 高距离分辨率的大气水汽垂直分布廓线, 是最有潜力的探测手段。 国际上已经发展出几种类型的差分吸收激光雷达, 对它们的发展路径做一梳理, 理清发展脉络, 具有有益的参考价值。 其中, 稍早时期水汽差分吸收激光雷达工作在4ν振动吸收带720～730 nm频域, 以Alexandrite为主流的激光器或者Nd∶YAG/ruby固体激光器泵浦的染料激光器作为发射光源, 光电倍增管仍然可以在这个波段担任探测器, 代表性的仪器是法国的机载LEANDRE Ⅱ。 此后发展的820 nm波段的水汽差分吸收激光雷达, 以钛宝石激光器或钛宝石光放大器为发射机, 以硅的雪崩二极管作为探测器, 紧跟前置放大和数据的AD采集器, 如德国Hohenheim大学的车载扫描激光雷达, 可以获得对流层300～4 000 m之间水汽两维或三维分布结构; 德国Institutfür Meteorologie und Klimaforschung所建立的差分吸收激光雷达可以探测3～12 km高度之间大气的水汽垂直分布。 720和820 nm波段水汽吸收截面较小, 更适合于地基或车载的对流层水汽廓线探测。 而水汽3ν振动谱935 nm区域吸收截面较大, 是为了空间探测大气对流层上、 平流层下相对干燥区域的水汽分布而准备的, 且可以安排多个探测波长, 和一个参考波长, 它们对水汽的吸收截面大小呈梯度分布, 以应对空间对地观测时不同高度大气水汽浓度的差别。 基于种子注入的光参量振荡器或Nd∶YGG全固态激光器的935 nm差分吸收激光雷达, 以德国Deutsches Zentrumfür Luft- und Raumfahrt的研究最为成功, 推动了欧洲空间局立项发展空间水汽差分吸收激光雷达WALES(Water Vapour Lidar Experiment in Space) , 测量从地球表面到平流层下、 高垂直分辨率和高精度水汽浓度分布。 机载多波长水汽差分吸收激光雷达1999年建立起来, 担当空间WALES任务的模拟器, 2006年完成了机载飞行试验。 以823～830 nm分布布拉格反射半导体激光器和半导体光放大器为核心、 采用雪崩二极管盖格光子计数技术的微脉冲差分吸收激光雷达, 是差分吸收激光雷达面向商业化、 可普及的方向迈出的重要一步, 目前已经发展到第四代产品。 发射机激光工作波长的长期稳定十分重要而棘手, 以窄带连续波种子激光注入脉冲激光器的谐振腔锁定其的腔长, 种子激光的波长以水汽的多通道光吸收池为参照标准, 或以高精度波长计为误差获取手段, 通过负反馈进行主动稳频; 其次, 需要仔细考虑大气对激光的后向散射光谱线型, 显然Rayleigh后向散射光的多普勒展宽与水汽吸收光谱线宽度可以比拟, 所以其吸收截面σon和σoff必需加以修正; 水汽的空间垂直分布梯度大, 因此差分吸收激光雷达应该实行分通道探测。

研制了一套935 nm水汽探测差分吸收激光雷达（DIAL）系统。种子注入的环形腔光参量振荡器，在窄线宽脉冲激光的抽运下，通过Ramp-Hold-Fire方法锁定光参量振荡器谐振腔，产生脉冲能量为45 mJ、波长为935 nm、重复频率为10 Hz、脉冲持续时间为6 ns的窄线宽、波长稳定的脉冲激光。接收望远镜直径为305 mm，使用雪崩光电二极管作为探测器，以935.776 nm作为探测光波长（λon）、935.860 nm作为参考光波长(λoff)进行了地基垂直差分探测实验，获得了上海地区对流边界层水汽浓度廓线。数据时间分辨率为60 s，距离分辨率为30 m，在高度600 m至对流边界层顶的范围内，水汽浓度昼夜有效测量误差小于0.1 g/m3，将DIAL数据与附近气象观测站无线电探空仪数据进行对比，结果证实了DIAL数据的有效性。