雙頻激光干涉儀的工作原理：在氦氖激光器上，加上一個約0.03特斯拉的軸向磁場。由于塞曼分裂效應和頻率牽引效應，激光器產生1和2兩個不同頻率的左旋和右旋圓偏振光。經1/4波片后成為兩個互相垂直的線偏振光，再經分光鏡分為兩路。一路經偏振片1后成為含有頻率為f1-f2的參考光束。

另一路經偏振分光鏡后又分為兩路：一路成為僅含有f1的光束，另一路成為僅含有f2的光束。當可動反射鏡移動時，含有f2的光束經可動反射鏡反射后成為含有f2 ±Δf的光束，Δf是可動反射鏡移動時因多普勒效應產生的附加頻率，正負號表示移動方向(多普勒效應是奧地利人C.J.多普勒提出的，即波的頻率在波源或接受器運動時會產生變化)。這路光束和由固定反射鏡反射回來僅含有f1的光的光束經偏振片2后會合成為f1-(f2±Δf)的測量光束。

測量光束和上述參考光束經各自的光電轉換元件、放大器、整形器后進入減法器相減，輸出成為僅含有±Δf的電脈沖信號。經可逆計數器計數后，由電子計算機進行當量換算(乘 1/2激光波長)后即可得出可動反射鏡的位移量。雙頻激光干涉儀是應用頻率變化來測量位移的，這種位移信息載于f1和f2的頻差上，對由光強變化引起的直流電平變化不敏感，所以抗干擾能力強。它常用于檢定測長機、三坐標測量機、光刻機和加工中心等的坐標精度，也可用作測長機、高精度三坐標測量機等的測量系統。利用相應附件，還可進行高精度直線度測量、平面度測量和小角度測量。