激光波数扫描干涉（Wavenumber Scanning Interferometry,WSI）是一种具有非侵入、高灵敏、高精度和层析测量的方法。通过借助光源的波数线性扫描和全场干涉特性,WSI在无需机械部件扫描前提下,就能实现被测样件内部三维体变形场测量,被广泛应用在医学诊断、生物成像和复合材料检测等领域。然而在测量过程中,样品的深度变形场是由光谱干涉图经过傅里叶变换得到的,为了重构傅里叶变换后的信号频谱信息,需要采样过程满足奈奎斯特采样定理,这就使得深度测量量程受限于奈奎斯特采样速率。为扩展WSI系统的深度测量量程,本论文通过对两组欠采样数据的解调处理,准确测量出被测物体的光程差和变形场信息,有效提高系统3～5倍的深度测量量程。具体解决方法如下:1)针对欠采样下出现光程差偏折的问题,提出了双通道光程差估计算法。通过构建两组欠采样数据的量程、干涉信号光程差真实值和光程差偏折值三者之间的数学关系,估计出超过量程的光程差真实值。并且,针对偏折后可能出现的光程差“混叠”现象,提出基于MUSIC算法的光程差解混叠算法,提高光谱图中光程差分量的分辨率,从而将“混叠”的光程差分离开。2)针对欠采样下出现变形场提取不准确的问题,提出基于希尔伯特变换的变形场估计方法。结合估计后的光程差信息,仅需一组欠采样的时域干涉信号,求解出变形前后干涉信号的包裹相位差,再利用最小二乘法进行相位解包裹,最终解调出干涉信号形变下的变形场分布。并且,为了减小散斑等噪声的影响,提高测量结果的质量,设计了一种基于模糊数学的变形场降噪方法,对噪声进行抑制。3)搭建实验测量系统,通过对干涉信号中的波数进行监测,将干涉信号进行重采样,使得时域干涉信号满足等间距采样的要求。设计了验证实验和三个测量应用:形貌轮廓测量、层析轮廓测量和层析变形测量,通过实验结果分析验证了本论文的深度测量量程扩展方法能够有效提高WSI的深度测量量程。