本发明公开了一种高时间分辨的取向检测光路及实验方法，主要包括：可调谐量子级联激光器控制器、可调谐量子级联激光器、倍频延时电路、光弹调制器控制器、光弹调制器、高分子薄膜样品、高速数据采集系统、高速探测器；可调谐量子级联激光器在可调谐量子级联激光器控制器控制下出光，光弹调制器控制器提供初始触发信号，通过倍频延时电路后获得未经延时的倍频触发信号，高速数据采集系统对倍频延时电路进行控制，最终为可调谐量子级联激光器控制器提供延时倍频后的触发信号。可以实现对不同厚度、不同吸收程度样品的取向检测，能够对样品取向演化整个过程进行探测，实现了时间分辨为10μs的取向检测。