基于差分光学时间拉伸原理的瞬时频率测量系统，涉及微波光子学、超快测量、实时测量领域，脉冲激光光源的光输出端连接色散模块一的一端，色散模块一的另一端连接偏振控制器的输入端，偏振控制器的输出端连接调制器光输入端，调制器的一个输出端口连接光环行器一的输入端；调制器的另一个输出端口连接光环行器二的输入端，光环行器一的端口和光环行器二的端口分别连接色散模块二的一端，光环行器一的端口和光环行器二的端口分别连接平衡探测器的第一光输入端口和第二光输入端口。系统能够缓解后端电子设备压力，并通过差分探测消除了激光脉冲包络不平坦对测量带来的失真影响，从而能够对多频信号进行实时、准确的超快测量。