本发明公开了一种超高速正交偏振成像装置及方法，该成像方法过程如下：飞秒激光经滤波、色散、增益与正交偏振复用后一分二成正交信号光与参考光，且正交偏振方向沿着保偏光纤快慢轴；信号光先经衍射空间散开，后进入空间光成像系统，携带样品信息后沿光路返回；加载样品信息的信号光与参考光一起接入光学相干接收机完成光学相干探测，并由光信号转换为电信号，再经高速模数转换对电信号高速采样转化为数字信号输出，最后由计算机解调复原图像。本发明与传统CCD成像传感器相比，在保证微米级成像分辨率的情况下，能以超高的百MHz帧率获取样品的偏振信息，而且基于光学相干接收机的全数字采集有利于后期实时分析以及图像优化处理。