为了提供了一种利用时间分解测量能够高灵敏度地测量分子振动的弛豫时间的测量装置和测量方法。这个测量装置设置具有：光源单元，用于发出脉冲激光，该脉冲激光用作激发测量样品中的预定分子振动的泵浦光和斯托克斯光以及与泵浦光或斯托克斯光具有相同波长的探测光，通过预定的参考频率调制该探测光的强度；脉冲控制单元，用于产生由所述光源单元所生成的探测光的时间延迟，并且在其上将泵浦光、斯托克斯光和时间延迟的探测光引导至测量样品；以及检测单元，用于检测透过测量样品的透射光或来自测量样品的反射光。利用测量样品的时间分解受激拉曼增益光谱或时间分解受激拉曼损耗光谱来测量测量样品中的分子振动的弛豫时间。