基于激光多普勒效应的速度测量方法，其工作原理是单频激光投射到被测物体，其散射光、反射光、或者衍射光中包含有多普勒频移信息，

20世纪60年代，证实了激光多普勒技术可用于速度测量。70年代是激光多普勒技术发展的最活跃时期，实现了系统光路结构紧凑化、调整方便，光束扩展、偏振分离、光学频移等光学技术获得应用，再加上频率跟踪、数据处理、光子相关等信号处理技术促进了激光多普勒测速技术的发展。20世纪80年代，激光多普勒测速技术进入实用的新阶段，最早应用于流体力学的研究，检测流体速度场分布，如分析湍流、能流、血管内的血液流动、燃烧过程、风速遥测等方面。在固体测量应用上也获得了发展，如航空发动机振动、磁头姿态检测、爆炸过程研究等，涉及速度、加速度、位移、振动测量、位移遥测、声-地波耦合测量、地雷探测等方面。

优点包括多普勒信号不受温度、压力等环境条件的影响，是非接触测量方法，从本质上能跟上任何快速运动目标，其信号频率与目标运动速度成线性关系，同时测定速度的大小和方向，适于研究任何复杂的物体运动。采用近代光电子学和微处理机技术的激光多普勒测速系统，能够直接测量复杂流动结构的定量信息。

缺点主要有：①在流体速度测量中得到的是其中粒子的速度，而不是流体自身的速度，粒子与流体的密度差异将导致二者速度的差异；②由于粒子散射的非连续性，导致多普勒信号也不连续，称为信号脱落，需要专门的信号处理算法，如自适应滤波器、多普勒信号跟踪器、光子相关器和频率计数器等保证测量的可靠性和精度。

激光多普勒测速仪器通常由激光器、光学单元、信号和数据处理单元等部分组成。激光器采用稳频的单频激光器，如稳频氦-氖激光器（波长632.8纳米）、半导体激光器，以及二极管泵浦固体激光器等。光学单元中的入射光路是激光多普勒测速技术的核心，由于可见光频率高达10¹⁴赫兹以上，直接测量激光多普勒频移不仅困难，而且难以做到高精度测量。通常使用两束激光进行干涉，即通过光混频技术（也称为光学差拍技术）对多普勒频移进行测量。

根据测量系统中的两束激光频率/相位调制方式的不同，可以将测量系统分为零差系统、外差系统、自混合系统。

两束光频率相同，当被测物体运动速度为零时，输出光电信号为直流；被测物体运动时，多普勒信号可以看成是载在零频上，零差系统的结构简单，但不能判别物体的运动方向，且存在难以消除的低频噪声，对测量精度有较大影响。

单频激光被分为两束，其中一束光经调制器移频fs，当被测物体速度为零时，两束光混频后输出的信号频率为fs的交流信号，被测物体速度不为零时，与光传输方向一致运动的差拍信号频率大于fs；反之小于fs，fs相当于多普勒信号的载波。外差系统可以判别物体运动的方向，并可用外差技术抑制噪声而提高信号的信噪比。

利用激光器自混合效应的速度测量。激光器自混合效应指激光器发出的光被外部物体反射（散射）后返回到激光器与谐振腔中的光混合，导致激光输出强度和光谱分布发生变化，其中阈值增益的变化引起激光器强度调制、频率移动、线宽变化和功率调制等现象，光谱分布的变化则决定了调制波形和相干特性。半导体激光器自混合技术适合于速度、位移、振动和距离测量，具有测量精度高、非接触性、光学系统体积小及成本低等优点。在自混合测量系统中应用的半导体激光器有F-P腔激光器，分布反馈激光器、垂直腔面发射激光器等。

光学单元中的激光频率调制有多种方式，如电光调制、声光调制、磁光调制、直接调制、空间光调制。其中常用的是声光调制，声光调制利用介质中传播超声波形成的运动光栅做频率调制（衍射），其调制频率可达数百MHz频移量，在满足布拉格衍射条件下的光能利用率达90％，声光调制器的价格也比较便宜。

光学单元中的散射光测量光路有多种方式，包括参考光束型（基准光束型）、双散射光束型、单光束型等。在流体测量中常用的是散射体横向多普勒测量光路，这是一种双光束差动光路结构。

两束激光经透镜Ⅰ汇聚在被测固体散射体表面，两束光的后向散射光为经过多普勒频移的散射光，由透镜Ⅰ接收，由反射镜和透镜Ⅱ调理发生干涉，由光电接收器转换为电信号。两平行激光光束I和光束Ⅱ，其频率分别为、，被测散射体运动速度；光束I和光束Ⅱ与速度的夹角分别为、，散射光与速度的夹角为，光束I和光束Ⅱ的散射光的多普勒频移分别为：

光电接收器得到的交流电流为：

由于和，可得到：

式中，为激光波长。

在多普勒频移中包含有被测速度的信息，而且被测速度与频差()成正比：

双光束差动光路的速度信号检测转换过程中，不存在任何非线性因素，不受外界电磁波、温湿度变化的影响；由于与散射光的方向角无关，可以大口径接收，提高信号质量。

激光多普勒测速系统是精度最高的速度测量仪器，采用现代光电子学和计算机技术，可以实现一维、二维或三维速度测量，并获得各种复杂流动结构的定量信息，成为实验流体力学和其他学科研究的有力工具。如风速、血流速度、水流速度、风场测量、风洞、湍流测量、燃烧、火焰、流场研究、振动测量与分析等非接触式速度测量，针对不同的特定应用，有专门的测量仪器（或系统），包括激光多普勒显微镜、激光多普勒血流仪、激光多普勒振动仪、激光多普勒风速仪、激光多普勒振动计等。