全息光存储是一种利用全息方式去进行信息的记录和再现的存储方式。在同轴全息光存储中,需要光学头物镜对532nm和650nm两个工作波长聚焦于全息材料不同的焦面上,且都能达到良好的聚焦效果。由于记录和读取都在全息记录材料上,全息材料由保护层和记录层组成,由于折射率不均匀导致的像差会对物镜的聚焦效果产生影响。目前的商业物镜无法满足全息光存储中光学头的物镜需求。为了满足这类需求,达到良好的性能效果,论文利用Zemax OpticStudio 光学设计软件设计了一款针对全息光存储的双波长非球面光学头物镜,整体由一片非球面镜和一片球面镜组成。工作波长为532nm和650nm两个波长,焦距大于4mm小于6.2mm,像方数值孔径大于0.5,MTF值在空间频率为900lp/mm内均大于0.4,在全息材料上聚焦获得的波面相差均方根低于0.07波长。在上述技术指标下,该物镜具有较好的分辨能力和成像质量,论文方案为全息光存储光学头物镜的设计提供了新的思路。

随着大数据时代的来临，利用飞秒激光在透明硬质材料中写入数据形成永久光存储的技术成为高容量、长寿命冷数据的一种理想存储方案，具有广阔的应用前景。本文从飞秒激光永久光存储发展存在的问题出发，梳理了近20年来超快激光与透明硬质材料相互作用的机制，总结了飞秒激光诱导相变的类型和过程，展示了其在光存储方面的应用；同时，从写入速度和容量角度出发，介绍了最新的脉宽调制效应和热调制高重复频率直写技术，阐述了五维永久光存储目前面临的挑战以及可行的解决办法。

随着信息时代全球数据量爆发式增长，需要存储的数据量与日俱增。面对大数据存储的挑战，全息光存储技术将信息以数据页的形式并行记录在体全息介质中，可以实现大容量数据的存储与高速读写，具有独特优势。本文从全息存储的原理和关键技术入手，详细介绍了面向商业化应用的全息光存储系统和全息光存储介质的研究现状，探讨了实现大容量和长寿命数据存储的技术途径。

大数据时代海量数据的产生和积累对存储性能提出了更高的要求，因此实现低能耗、长期安全、高效的数据存储是数字化社会建设的当务之急。聚焦以玻璃作为存储介质的光存储技术，概述了该技术的研究进展和维度复用情况，并对其面临的挑战和机遇进行了展望。同时探讨了光场调控技术与深度学习技术在光存储领域中的潜在应用，以期为该领域的研究者提供相关参考。

大数据时代对数据存储提出了新的需求，数据的存储安全关乎社会稳定与发展。全息加密光存储具有高存储密度、快读取速度、长保存寿命等特点，为海量数据存储提供了有效的解决方案，是保障数据存储安全的有力手段。聚焦于全息光存储领域，论述了以振幅、相位和偏振等作为调制变量的全息加密光存储的基本原理，介绍了常见的全息加密光存储技术及其性能影响因素，梳理了大量密钥的管理方法，最后总结了各技术特点，并对全息加密光存储的未来发展进行了展望。

超快激光直写技术由于其灵活性、高效性和良好的方向性，可以三维选择性地在材料内部进行加工，被广泛应用于玻璃的微晶化及其器件的制备中，在光储存、波导激光器、光子电路和集成光子芯片等领域有着广泛的应用前景。本文简要概述了超快激光在玻璃内部诱导析晶的原理，晶态/非晶态自组织周期性结构的形成机制，以及超快激光在玻璃三维空间中诱导析晶的最新研究进展，总结了通过控制激光参数和玻璃成分等实现对结晶形态、结构及光学性质调控的相关研究，并对所直写的微纳结构在非线性器件、光储存、激光器等领域的应用和发展方向进行了概述与展望。

相变材料具备良好的光热稳定性和可擦写特征，其在相变前后存在光学参数的明显变化，通过施加不同参数的激光激励能够实现对相变材料晶化状态的精确调控。由此，在相变材料不同晶化状态呈现不同光学参数的基础上，提出一种多阶折射率调制的薄膜平板透镜。以典型相变材料Ge₂Sb₂Te₅作为光调制介质，对介质薄膜的晶化状态开展多阶和多区域的离散控制以满足理论上聚焦透镜所需的相位约束。完成具有多种数值孔径的平板透镜的设计，并通过有限差分时域方法和Zemax分别分析透镜聚焦的参数指标，检验了平板透镜的成像性能。