本发明是利用光纤产生的四波混频信号进行CARS成像的系统及方法，包括激光光源、多片反射镜、光学参量振荡器、精密位移台、两个长波通二向色镜、耦合物镜、光纤、二维扫描器、聚焦透镜、支承套、样品、带通滤波片、成像透镜、探测器和计算机。光源发出倍频光束泵浦光学参量振荡器后输出的光束，光源发出的基频光束，分别为CARS成像的泵浦光和斯托克斯光，它们在时间和空间上重合后在光纤中传输时激发出的四波混频信号为CARS成像的探针光。它们被聚焦在样品上产生的CARS信号光与它们的频率不重叠，可用长波通二向色镜分离出来。本发明相对标准CARS系统配置而言未新增器件，且对使用的器件没有特殊要求，系统简化并节约了成本。