信息技術(shù)在經(jīng)歷了以解決計算機運算速度為主要任務的 CPU 時代和解決信息傳播、傳輸、交換為主要矛盾的網(wǎng)絡(luò)時代之后， 現(xiàn)在又進入以解決信息存儲和安全備份為主要矛盾的信息存儲時代。
進入 21 世紀以來, 通過開發(fā)新材料、改善材料存儲性能、采用高性能軟磁材料做磁頭 、縮小記錄光斑尺寸、使用多層膜耦合及超分辨率讀出等新技術(shù)手段 ,磁性和磁光記錄存儲的記錄密度得到大幅度提高。磁盤的容量可達 10Gb/in2 , 磁光盤的容量也可以達到 20Gb/in2。但磁和磁光記錄位不可能無限地小, 它還受到無法克服的一個致命制約, 這就是超順磁效應。當磁和磁光記錄介質(zhì)中的鐵磁顆粒比單疇的臨界尺寸小時, 熱漲落可使這種顆粒的磁矩產(chǎn)生一種類似于布朗運動一樣的混亂轉(zhuǎn)動, 破壞磁矩間的整齊排列, 使剩余磁化衰減或消失。100 Gb/in2量級的記錄密度可能是磁和磁光記錄的極限。
在光盤的存儲方面,人們通過研發(fā)新型有機光化學材料、采用短波長激光讀寫、提高道密度和線密度、開發(fā)多數(shù)據(jù)層光盤、提高盤面轉(zhuǎn)速等技術(shù), 顯著提高了光盤的存儲密度和傳輸速率 。然而, 現(xiàn)有光盤的存儲原理決定了它存在 1/λ2( λ為光波波長) 的面密度限制 ,其二維存儲的密度將要接近物理極限 ,研究人員已將目光轉(zhuǎn)向了三維體存儲 。
對于光存儲而言 ,體存儲容量與面存儲容量之比是所用激光器波長的平方與立方的關(guān)系。在現(xiàn)有的幾種基于頁的三維存儲研究方案中( 例如: 全息記錄 、光譜燒孔 、光子回波、雙光子存儲和光致變色多層存儲), 由于全息數(shù)據(jù)存儲同時具有較高的數(shù)據(jù)傳輸速率( 1Gb/ps)、巨大的存儲容量( V/λ 3 : V是全息存儲晶體的體積,λ同上) 和短暫的訪問響應時間(<100μs), 是最有希望的下一代數(shù)據(jù)存儲技術(shù) 。
超微粒的銀鹽乳膠有很高的感光靈敏度和分辨率，有較寬廣的光譜靈敏范圍，并已重復性好、保存期長，具有很強的通用性。目前，超微粒的銀鹽乳膠已經(jīng)具有成熟的制備技術(shù)，穩(wěn)定的商品化產(chǎn)品——全息干板。銀鹽材料的缺點主要在于：不能擦除后重復使用，濕顯影處理程序較為繁瑣，且對于位相型全息圖，其較高的衍射效率卻往往帶來噪聲的增加和圖像質(zhì)量的下降。
這種材料也可以旋涂在基片上制成干板，光照射后，抗蝕劑中將發(fā)生化學變化，且隨著曝光量的不同，發(fā)生變化的部分將具有不同的溶解力。選用合適的溶劑顯影，便可制成表面具有凹凸的浮雕相位型全息圖。為了獲得較好的圖像質(zhì)量，需要對負性光致抗蝕劑進行足夠曝光，但這往往與全息圖成像的**曝光量相矛盾，從而使負性光致抗蝕劑存儲的全息圖的精細線條往往由于曝光量不夠，而在顯影時被腐蝕掉，影響全息圖的質(zhì)量。
光折變材料是通過光折變效應來存儲全息圖的，即當受到非均勻的光強度照射時，材料局部折射率的變化與入射光強成正比。光折變材料具有動態(tài)范圍大、存儲持久性長、可以固定以及生長工藝成熟等優(yōu)點，且有機光折變聚合物也沒有光致聚合物的體積變化問題。
光折變材料主要有無機存儲材料和有機存儲材料兩類。常見的光折變無機材料主要有摻鐵鈮酸鋰晶體（LiNb3：Fe）、鈮酸鍶鋇（SBN）、和鈦酸鋇（BaTiO3）；而常見的有機光折變聚合物則有PMMA：DTNB：C60和PQ/PMMA等。
光致聚合物主要由單體、聚合體和光敏劑組成。記錄光照射聚合物后，光敏劑被激發(fā)，并引發(fā)曝光過程；然后，自由基引發(fā)單體分子聚合，最后在材料中形成位相型全息圖。光致聚合物具有較高感光靈敏度、高分辨率、高衍射效率以及高信噪比，可用完全干法處理及快速顯影，記錄的生息圖具有很高的幾何保真度，并易于長期保存。光致聚合物的本要缺點在于其體積容易受到影響而發(fā)生變化。
這是由于光致變色膜層內(nèi)的分子極化特性發(fā)生改變，會導致膜層折射率的變
化。尤其記錄波長與介質(zhì)吸收譜非共振時，膜層內(nèi)部可產(chǎn)生顯著的折射率變化。光致變色材料具有無顆粒特征，分辨率僅受記錄光波長和光學系統(tǒng)的影響。但是光致變色材料存儲的全息圖的衍射效率并不高。
光導熱塑材料是另一種記錄浮雕型位相全息圖的記錄材料,是在電照相基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種全息記錄材料。但由于其分辨率不夠高,且高質(zhì)量導電薄膜制造困難,因此應用有限。
鉻酸鹽明膠(DCG)是在明膠中浸人Cr2O2-7,離子構(gòu)成的位相型全息記錄材料。它的光學性能良好,典型膜厚為10—30μm,被光照的部分不會變黑,因此再現(xiàn)全息圖也不吸收光,是一種理想的位相型全息記錄材料。DCG可分為未硬化和硬化兩種。未硬化的DCG記錄的全息圖的衍射效率只有30%,沒有充分體現(xiàn)DCG材料的優(yōu)點。采用硬化DCG記錄的折射率調(diào)制型全息圖具有良好的光學性質(zhì),分辨率達到理論值的90%,且背景散射小于信號的1份。DCG材料的缺點在于:再現(xiàn)性差,即感光層從曝光到顯影影像出現(xiàn)失真，光譜敏感范圍有限;感光度較差;對空氣的濕氣抵抗力差等。即便如此，由于其在光學性能上的優(yōu)越性,該材料依然被廣泛應用于全息存儲、各種全息元件的制作等方面。
在全息光存儲中 , 數(shù)據(jù)信息是 以全息圖的形式被記錄在存儲材料中。與目前其它光存儲方法所不同的是 ,由于全息存儲材料上保存數(shù)據(jù)信息的全息圖所記錄的是物光和參考光的干涉圖樣 , 因此它不僅保存了物光的振幅信息 , 而且還保存了其完整的空間位相信息 , 這是由全息方法本身的物理特性所決定的。
全息圖記錄與再現(xiàn)的基本原理。 來自物方攜帶有調(diào)制信號（ 欲實現(xiàn)存儲的信息） 的光稱為物光， 另一束光稱為參考光。 物光和參考光是由同一激光器輸出的激光束經(jīng)分光鏡而得到的，因此滿足形成干涉所需的相干條件。當物光和參考光相遇時就會產(chǎn)生干涉，從而在空間形成光的干涉圖樣。令物光和參考光在全息光存儲材料中相遇并發(fā)生干涉， 干涉圖樣會使存儲材料的化學或物理特性發(fā)生改變，存儲材料在折射率或者吸收率上的相應變化就作為干涉圖樣的復制品而存儲下來。通過參考光照射光柵， 可以再現(xiàn)事物本身的全息圖像。
