光学频率梳是一种具有离散等间隔频率模式特征的革命性的光源,已经逐渐成为许多领域的基石。得益于微谐振腔的超小尺寸和能量增强效应,具有光滑全相干光谱的高重频孤子光梳（Soliton microcomb,SMC）崭露头角,展示出了独特的优势和应用潜力。长度测量是最基本、普遍的测量之一,长度量值的精确测量、溯源,在科学研究、工业生产之中有着至关重要的地位。本文将孤子光梳和色散干涉（Dispersive interferometry,DPI）以及光纤光栅（Fiber Bragg grating,FBG）结合起来,开展了孤子光梳在精密长度测量领域的应用研究。本文的主要工作及创新点总结如下:综述了光学频率梳的生成技术以及精密长度测量技术;综述了FBG传感器的传感原理、解调方法以及寻峰算法。详细分析了以SMC作为光源情形下的色散干涉原理及主要参数;对比分析了现存的DPI系统的解算方法,指出了其中的死区漫长、分辨力低下等主要问题;并提出了一种改进的基于光谱重构和峰值位置拟合的DPI数据处理方法;该方法可以消除死区、提升分辨力,同时具有计算量小、适应性强等优势。研究了光学微谐振腔的特性和关键参数;基于Lugiato-Lefever（LLE）方程分析了微腔孤子光梳的生成理论;在互补金属氧化物半导体（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,CMOS）加工平台制备了高品质因子（Q值）的高折射率掺杂玻璃（High index doped glass）片上光学微环谐振腔,并进行了标准化的蝶形封装,采用辅助光加热方案确定性地生成了高重频的单孤子态的孤子光频梳。提出了一种基于SMC的稀疏FBG反射光谱高速寻峰算法FPTM-ss,改进了拟合光谱寻峰过程,将Moore-Penrose矩阵进行拆解,成功消除了所有的矩阵运算,并分析并补偿了FBG解调领域常见的非线性误差,在不牺牲解调精度的情况下,提高了FBG解调速度10倍以上。设计并研发了基于FPGA的解调系统,在16k Hz的解调速度下精度优于0.1pm,测量分辨力优于1pm。提出了一种基于SMC的超快FBG解调方法SMC-based-UFI,避免了耗时的光谱采集及寻峰拟合过程,直接依据FBG光谱特征运算出中心波长,具有极快的解调速度,且适用于复用系统;对方法的关键参数、时间效率、误差等参数进行了分析,并进行了实验验证,在91k Hz的解调速度下,解调精度优于2pm,并较好的复现了高频振动（10k Hz）的波形。基于所研制的孤子光梳光源和所提出的改进的DPI信号处理方法,设计了SMC-DPI原理的长度精密系统,并以SMC色散干涉系统结合相位激光测距,实现了千米量级、纳米精度的长距离高速、实时测量,并对测距系统进行了仪器化设计。开展了SMC测距系统的多场景测距实验研究,分别在超净间实验室、80m地下大理石导轨和1200m户外基线场场景进行了距离的静态、动态测量;在超净环境,80m内测量误差小于1μm;在户外1179m处,测量标准差为5.9μm,最小ALLAN方差为5.6μm@0.2ms,高通滤波后最小ALLAN方差达到27nm@1.8s;且几十微米幅度的高频振动信号被精确的测量了出来。最后系统分析了长度测量中的误差来源,给出了不确定度评定报告。