随着工业加工和国防科技的不断发展，距离测量技术也有着日新月异的变化，如何将理论研究应用到实际勘测现场，并达到较高精度的测量结果成为了当前技术研究方向。飞秒激光器是具有一定重复频率的超短脉冲激光，脉冲宽度可以达到飞秒量级。相较于一般光源，飞秒激光器在绝对距离测量中具有得天独厚的优势。本文提出了一种基于锁模激光器的异步光学采样测距方案，并将其进一步应用到粗糙表面测距，主要研究工作有以下几点：
　　1、研究了基于异步光学采样法的绝对测距原理，对比各种传统的测量手段，探究了异步采样的优点，以及重频差对异步采样的影响，证明了稳定重频差的重要性。解释了飞秒激光器的扫描原理，介绍锁模激光器的光源偏振态与光源质量的联系，以及其在粗糙表面进行测距的影响，对影响实验结果的时间抖动因素进行了深入的理论分析。
　　2、搭建了异步光学采样的绝对距离测量系统，并自主设计了高精度的望远系统。探究聚焦光斑大小在粗糙表面的散射特性，并将镜面绝对距离测量与粗糙表面绝对距离测量进行对比，实验结果表明，在2ms的采样时间内，粗糙表面测距的残差可以保持在10μm以内。
　　3、基于采样信号的特征，编写了基于峰值拟合的寻峰算法。极大限度地提高了数据处理的效率，根据不确定度合成公式，详细分析了影响测量的不确定度的主要因素，并根据相应因素进行分析验证实验确定影响量级，进而提出了相关解决方案。
　　4、提出了适用于大尺寸测量的系统优化方案，通过加入倍频晶体来进一步消除空气折射率引入的误差，从仪器化角度出发，以仪器可靠性为前提，提出了系统模块化的初步设计方案。