本发明公开了一种基于时空聚焦的均匀全息双光子显微系统。激光器输出线偏振飞秒激光,经半波片和偏振光分束器调节功率和偏振方向达到最大调制效率,再经过正交柱透镜后斜入射到反射式液晶空间光调制器上,正交柱透镜组紧邻液晶空间光调制器平行放置,相位调制后光束经过一组由第二消色差透镜和第三消色差透镜构成的中继4F透镜进入时空聚焦模块,时空聚焦模块输出色散补偿后的激光经过二向色镜反射,再由物镜聚焦至实验样本上。本发明加载至液晶空间光调制器的全息相位图中相位奇点基本消除,最终获得无散斑噪声的高轴向分辨率的均匀全息光束,具有适用范围广泛、兼容性强、激发效率高等优点。