自锁模飞秒激光器诞生之初,它超高的时间分辨能力以及独特的梳齿状光谱结构引起了人们的极大关注,这些独特特性使得飞秒激光在阿秒技术、任意波形产生、精密光谱学、精密测量等多个领域中有极大的影响。双光梳技术利用了两台光频梳之间的相互采样,能够对超快的时间过程进行拉伸,从而使超快过程的探测成为可能。在此基础上,两套光频梳之间的采样过程具有多种不同模式,不同模式在进行时域拉伸的时具有不同的特点。为了提高双光梳在飞行时间测距领域中的测量效率及精度,本文以异步光学采样法（Asynchronous Optical Sampling,ASOPS）和电控光学采样法（Electrically Controlled Optical Sampling,ECOPS）两种采样模式为基础,以提升距离测量的更新速度和实用性为目标,针对基于飞行时间的双光学频率梳测距系统进行了一系列关键技术理论分析与实验研究。其主要内容如下:1.高更新速率的双光学频率梳振动测试系统。将最初用于太赫兹时域光谱测量（Terahertz Time Domain Spectroscopy,THz-TDS）中的ECOPS快速延迟线应用于双光梳精密测量领域。探究了ECOPS采样方法在飞行时间测距应用中的理论可行性以及实验中存在的各项关键技术。模拟仿真了不同的ECOPS调制信号对飞行时间误差的影响。利用ECOPS技术的高扫描效率实现对传统方法难以获得的微小高频振动进行探测,在使用传统较低重复频率的飞秒光源基础上实现了对测量更新速度的极大提高。利用两台61 MHz的光梳在5 k Hz的更新速率下对压电陶瓷500 Hz的约8μm的微小振动进行了还原。2.基于飞行时间的单台双光学频率梳形貌扫描系统。利用ASOPS技术对具有飞行时间差的超短脉冲进行时域拉伸和探测。实验仅使用单台自由运转的双光梳激光器,相较传统的ASOPS技术对测量光源进行简化,使得光源成本及系统复杂度降低。配合三维位移平台的精密控制对样品表面形貌进行扫描和恢复,对平均深度7.58μm的金属梁块表面印制图案进行了扫描,展现未来双光梳飞行时间测距在工业等复杂环境的应用可行性。