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激光干涉儀發射單一頻率光束，光束射入線性干涉鏡后分成兩道光束射向反射鏡，這兩道光束再反射回到分光鏡，重新匯聚返回激光干涉儀。若光程差沒有變化時，激光干涉儀會在相長性和相消性干涉的兩極之間找到穩定的信號。若光程差有變化時，這些變化會被計算并用來測量兩個光程之間的差異變化。

當高壓連接在陽極和陰極之間時，混合氣體被激發，形成激光光束，通過放大激光光強使一些光透射出來成為輸出激光光束。其中，為實現平衡狀態，通過加熱器控制激光管長度讓激光穩頻的精度保持在±0.05ppm以內，此時穩定輸出后，激光器即可進行干涉測量。如今大多數現代位移干涉儀都使用氦氖(HeNe)激光管，這些激光管具有633納米的波長輸出。

激光器的頻率、功率、穩定性、可靠性、光束質量及壽命等指標參數，都關系著激光干涉儀的性能。其中激光頻率是激光干涉儀基本的參數，其頻率(波長)的準確性和穩定性是激光干涉儀測量精度的保證。