1980年代，日本和我国开始了齿轮激光全息测量技术研究。基本原理 ，以单频的氦氖激光器为光源，首先在干涉测量系统获得参考标准齿面的全息图像，然后将标准齿面替换为被测齿面放置于干涉测量系统中，同时将已经拍摄到的全息图像置于系统中。测量时，激光经分光棱镜分光扩束后分为了测量光路和参考光路，其中测量光照射到被测齿面上。两束光线同时照射在全息图上，形成了被测齿面和参考齿面间的干涉条纹，并投影在接收屏幕上。在对条纹图像进行数据处理后，可以得到被测齿面相对于标准齿面的形状误差。在测量光与全息图像之间放入平行平晶，用来调整测量光的相位。
激光全息测量单次成像即可采集被测齿面大面积的形状误差数据，实现了面测量。这种方法的测量精度取决于参考标准齿面以及干涉条纹图像相位提取的精度。因此，减小系统误差，确定包含齿面信息的真实相位是测量的关键技术，包括相位提取和相位解包裹算法。文献[47]采用仿真方法提出了干涉测量光学系统误差的补偿方法，并与齿轮测量中心的结果进行对比验证该方法的正确性。文献[48]提出了一种依据条纹特点实现自适应条纹修复的相位解包裹方法，使得从干涉条纹中提取的相位信息具有更高的可靠性和准确性。
近年来，基于该测量原理，德国Fraunhofer IPM物理测量技术研究所研制出了一款基于数字多波长全息技术的齿轮测量设备，通过多个窄带激光器产生各种合成波长，测量范围横跨亚微米至毫米，并且具有丰富的测量数据点，能够实现内15×15mm2内1000万个3D点的数据测量，齿面测量再现性1μm。
激光全息法测量齿轮时存在轮齿对激光束的遮挡，导致难以获得被测面的完整信息，且螺旋角越大该问题越突出。同时，过大的螺旋角也会导致干涉条纹出现局部密集分布的情况，相位解包精度降低甚至失败。此外，齿轮安装位置控制、光学系统的自适应补偿、对参考标准齿轮的依赖等问题都给该方法的应用带来了一定限制。这些是未来广泛应用激光全息测量技术需要突破的关键技术问题。激光全息法测量齿轮是相对测量，构建虚拟数字基准齿面也是研究难点和重点。