펄스 레이저에서 생성된 광 펄스열의 비행시간 검출을 이용하여 샘플의 측정 대상 지점의 단차 높이를 측정하는 장치 및 방법이 제공된다. 일실시예에서, 단차 높이 측정 장치는 제1 광 펄스열을 생성하는 펄스 레이저, 마이크로파 신호를 생성하는 RF 신호원, 상기 마이크로파 신호 및 상기 제1 광 펄스열을 동기화시키는 제1 위상 검출기, 상기 제1 광 펄스열을 샘플의 측정 대상 지점의 단차 높이에 연관된 비행시간만큼 지연시켜 제2 광 펄스열을 생성하는 단차 높이 측정부 및 상기 제2 광 펄스열 및 상기 마이크로파 신호에 기초하여 상기 측정 대상 지점의 단차 높이에 연관된 출력 신호를 생성하는 제2 위상 검출기를 포함한다.