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Der Vorteil dieser Methoden ist die gegenüber Laufzeitverfahren höhere Auflösung, die mit geringerem messtechnischen Aufwand zu realisieren ist. Die Messentfernung ist jedoch – aufgrund des notwendigerweise kontinuierlich bei kleiner Leistung arbeitenden Lasers – geringer.

Um die Unbestimmtheit einer relativen interferometrischen Messung zu beseitigen, wird bei zwei oder mehreren diskreten Frequenzen die Phasenlage gemessen. Die Frequenzen können wiederum die Laserfrequenz selbst (verschiedene Laser, bei kleinsten Entfernungen) oder Modulationsfrequenzen ein und desselben Lasers sein (Frequenzen müssen zu Entfernungen und Messbereich passen).

Laserinterferometer messen keine absoluten Weglängen, sondern nur die relative Änderung bei Verschiebung des Zieles bzw. eines Referenzspiegels. Beim Verschieben des Spiegels wird die Summe aus ausgesandtem und reflektiertem Strahl periodisch moduliert (Interferenz). Es durchläuft bei der Verschiebung um eine halbe Lichtwellenlänge genau eine Periode.

Zählt man die Durchgänge und multipliziert sie mit der Lichtwellenlänge, erhält man die gesuchte Wegstrecke. Mit einer genaueren Auswertung des Signals erreicht man Genauigkeiten von etwa 1/100{\displaystyle 1/100} Wellenlänge, das sind bei sichtbarem Licht wenige Nanometer. Die Lichtwellenlänge ist allerdings abhängig vom Brechungsindex der Luft und verändert sich mit Temperatur, Druck und Feuchtigkeit. Für genaue Messungen muss der Zählwert der Lichtwellenlängen mit diesen Eigenschaften der Luft korrigiert werden (Luftdichtekorrektion).