本申请提供一种基于全光网格原理的原子时间成像装置及方法，该装置包括：飞秒激光放大器，发出飞秒激光至楔片分束器进行处理得到探测光和激发光；倍频及垂直偏振系统，接收激发光进行倍频及垂直偏振处理后，得到超快事件激发光聚焦到目标激发超快事件；展宽整形延迟系统，接收探测光进行展宽整形延迟处理后，得到与超快事件激发光同步的基频探测光；显微物镜，接收照射目标后的基频探测光，进行放大处理后传送至网格分幅相机；网格分幅相机，用来取样目标和记录光谱色散的网格像。本发明提出了一种高时空分辨、高摄影频率/多画幅的超快全光单次网格成像技术。