本实用新型公开了一种基于双重非线性效应的结构光照明成像装置，其包括飞秒激光器，其的出射方向上设有第一二向色镜，第一二向色镜的一个出射方向上沿光束前进方向依次设有激发光束滤光片、第一相位光栅和第一反射镜，另一个出射方向上沿光束前进方向依次设有损耗光束滤光片和第二反射镜，第二反射镜的出射方向上沿光束前进方向依次设有第二相位光栅和第二二向色镜，第二二向色镜的两个入射方向分别为第二相位光栅和第一反射镜的出射方向，其出射方向上沿光束前进方向依次设有样品台、反射光滤光片和相机；第一相位光栅和第二相位光栅能够沿水平轴旋转，且两者之间的相位相差π。本实用新型能够在实现超高分辨率的同时，得到更大的穿透深度。