本实用新型公开了一种测量光学非线性的4f相位相干成像装置，主要由入射光路、测量光路和参考光路构成，所述入射光路包括扩束系统、相位光阑和分束镜，入射激光束由分束镜分成两束，一束为探测光进入测量光路，通过4f系统后由CCD相机采集；另一束为参考光，进入参考光路，其特征在于：所述测量光路的4f系统为反射4f相位相干成像系统，待测样品以反射位放置在第一凸透镜的焦平面上，反射光经第二凸透镜照射在CCD相机上；参考光路与测量光路的出射光照射在同一个CCD相机上。本实用新型光路简单、测量方便、没有样品的移动，采用单脉冲测量、不易损伤介质的表面、对光源能量稳定性以及空间的稳定性要求不高。