本发明公开了一种激光测风雷达光学模组及其测量方法，其包括固定壳体，固定壳体上安装有若干用于低空大气风场探测的第一光学镜头和若干用于高空大气风场探测的第二光学镜头，若干第一光学镜头和若干第二光学镜头均在固定壳体的周向上均匀分布，且第一光学镜头与第二光学镜头呈交错布置，第一光学镜头和第二光学镜头均包括光纤、光纤耦合头和光学耦合镜，光纤的发射光束依次通过光纤、光纤耦合头和光学耦合镜后发射至目标区域，目标区域返回的光束通过光学耦合镜聚焦耦合后返回光纤；本方案结构紧凑、布局合理，可同时满足飞机航行于低空、高空情况下的大跨度探测应用需求，具有极强的可靠性和实用性。