光学多普勒效应为当光源发射出的光，经运动的物体散射后，观察者所见到的光波频率相对于原频率发生了变化。多普勒效应见图，为光源；为运动物体；为观察者所处的位置。若物体的运动速度为，其运动方向与和的夹角分别为和，则从发出的光频率经运动物体散射后，观察者在处观察到的运动物体反射的频率为。根据多普勒效应，光波频率与原频率之间的关系为：

式中为光速。多普勒效应广泛应用于雷达、气象、光学、声学以及核物理学等领域，大多用于测量物体运动速度、液体的流速、流量等。光学多普勒检测方法，具有高的测量灵敏度。多普勒探测器最大只能实现液体中几毫米处粒子的运动速度测量，只适用于携带粒子的流体或有悬浮物质的混浊体的速度测量。光纤多普勒系统的主要局限性是检测介质的穿透范围小，原因是发射光纤端面和入射进光纤的数值孔径太小，可用透镜系统可解决这一问题。频率调制还有一些其他方法，如某些材料的吸收和荧光现象随外界参量变化也会发生频率变化，还有量子相互作用产生的布里渊和拉曼散射也是一种频率调制现象。

多普勒效应示意图