超快物理过程、超快化学过程、超快生物过程等领域的研究都需要极高的时间分辨能力。为了突破传统高速摄影技术中的机械转动结构和电子学系统带宽的限制,并克服泵浦探测、超快体全息分幅成像、超快多色差分幅、序列时间映射全光分幅等技术的不足,本文提出了一种基于离散取样分幅记录的超快全光分幅成像方法。这种成像方法可实现：(1)全光分幅成像；(2)同轴分幅成像；(3)更多画幅数记录；(4)相干相位成像。本文围绕设计方案中的几项关键技术：脉冲展宽技术、脉冲整形技术、脉冲测量技术、离散取样分幅记录技术进行了研究,主要内容如下。对几种典型的脉冲展宽器进行了对比分析,选择了平行光栅对展宽器作为本项目的展宽方案。对脉冲展宽系统进行了数学建模和仿真分析,并搭建系统开展了实验研究,实验结果表明该方案可实现约10ps的脉冲展宽。对几种典型的脉冲整形技术进行了对比分析,选择了反射式液晶空间光调制器的4f脉冲整形系统作为本项目的整形方案。对脉冲整形系统进行了数学建模和仿真分析,重点对液晶空间光调制器的像素间隙、阶梯型相位调制以及非线性色散三个影响因素带来的整形失真情况进行了分析,并对整形系统进行了优化设计。搭建了反射式LC-SLM型4f脉冲整形系统,对液晶空间光调制器灰度相位关系进行了标定,实现了相位的精确控制。对几种常用的超短脉冲测量技术进行了对比分析,提出了基于窗口傅里叶变换的频域干涉测量技术。利用该技术对线性啁啾脉冲和复杂拍频信号的啁啾特性进行了测量,并将实验结果与传统频域干涉测量法所得结果进行了对比分析,验证了测量方案的可行性。设计了离散取样分幅记录系统,并利用仿真软件进行了光线追迹,验证了设计方案的可行性。搭建验证性实验光路,开展了激光光斑和分辨力板成像的分幅记录,并对系统的空间分辨力、时间分辨力、相位信息提取能力等指标进行了评估分析。结合脉冲展宽和脉冲整形部分的研究结论,计算了基于啁啾脉冲的超快全光分幅系统可实现的理论指标。