随着计算机技术，特别是多媒体技术的发展，需要处理和存储的数据量大幅度增加。例如，一部通常长度的电影没有压缩的数据量将超过10TB。大型探测器，如哈勃望远镜所传回的数据量达到10TB/天；医学及大地遥感图数据量巨大。显然现在基于二维方式的光存储器已难于满足这种日益增长的要求了。现行的CD、磁光和相变光盘的容量在650MB左右，即使新兴的DVD光盘，单面单层的DVD-5的容量也只达到4.7GB。虽然，现可使用波长为0.41μm（蓝光）的GaN半导体激光器，即HD-DVD光盘，其存储容量可达27GB，是高密度数字多功能光盘，但还不能满足信息时代发展的需要。因此，必须研发新的超高密度光电存储系统。除全息存储以外，短期有实用前景的超高密度光电存储技术，主要有双光子双稳态三维数字存储、近场光学存储、电子俘获存储、光谱烧孔存储等新技术。

（1）三维存储的概念。由于光相互之间不会被屏蔽，所以光存储较之磁存储更为容易实现三维存储。传统的光存储是存储在光盘或全息膜等二维存储介质上，而三维存储则是像一摞二维光存储介质，故存储容量很大。从理论上说，在三维存储中，一个记录点可存储于λ3的体积内，也就是说，对于一个体积为丫的存储体来说，如使用的存储波长为λ，则其存储量可达到V/λ3。如选用波长为CD中使用的780nm时，一个1cm3的存储体可存储2x1012bit，即2.5x1011B。相当于300张CD-ROM盘的存储量。因此，三维存储可在不改变激光波长的情况下，极大地提高存储密度。由于其密度与波长的三次方成反比，因此缩短波长在三维存储中会获得比二维更大的容量。

三维存储是指利用双波长、多波长、多偏振态光波和光波干涉等方法在存储体上实现体存储的方法。三维存储主要包括页面存储、多层存储、多色存储和全息存储等几个方面。如全息存储，其最小记录斑点是λxλ，在立体全息存储中，存储量扩大了（d/λ）倍，存储密度仍为V/λ3。因此，在三维存储中，不管是逐点记录还是全息记录方式，其记录密度均为1/λ3。

（2）双光子吸收的光致色变三维存储。具有双光子吸收的光致变材料的发现，为逐点三维存储提供了实现的可能。利用光子作用下发生的化学变化实现信息存储，是一种光子吸收的存储技术，它的反应时间极短（皮秒或飞秒），能够实现高速存储；此外，由于这种反应建立在分子尺度上，因此理论上可将单个信息符尺度缩小到分子量级，从而有利于大幅提高介质的存储密度，实现高密度存储。由于其反应时间短和分子量级上的尺度，突破了传统热效应存储在时间和空间上的极限。

①双光子吸收的光致色变材料的光学双稳态效应。许多光致变色材料，如螺毗喃、螺恶嗪、俘精酸酎及二芳基环烯分子等，具有相对稳定的光学双稳态效应，每一种状态对一特定波长的光线有明显的吸收。在一定条件下，以该状态吸收波长的激光照射，可使之激发至另—稳定状态，而且该过程是可逆的。光学双稳态记录根据这一光化学现象，以这两种稳定状态来表示数字“0”和“1”，从而实现数字式数据存储。读出时，用两种波长之一的激光以较小功率照射，通过检测反射率变化或荧光效应即可辨别读出点处的记录介质处于何种稳定状态，从而读出记录信息。

任何一个光子都可以穿透介质而不被吸收，只有当两个光子聚焦于一点，能量叠加才会导致光致变色反应发生，从而实现光信息记录。同时为了能有效读出相应的信息，材料还需具有荧光特性，它需要三种不同波长的激光。写入与上述类似，也是使用短波长激光（如355nm）使介质发生光化学反应的，分子从状态“0”变成状态“1”。读出时使用较长波长（如590nm）的激光，处于状态“1”的分子在该波长激光照射下会发出荧光，而处于状态“0”的分子则不会，因此通过检测读出光照射下介质的荧光效应，就可以区分所写入的信号。对于发荧光材料而言，只要提高分子的荧光量子产率，就可以避免分子在读出光照射下发生状态变化，因此这是一种无损读出过程。擦除时由于需要更高的能量，因此需要用两束光同时照射（如1064nm+590nm）。

由于一定光致色变材料对一定波长的光线有吸引并反应，而对其他波长的光线不敏感。因此，若记录层含有吸收带不同的多种或多层光致色变材料，则可用相应的多种波长分别写入和读出，从而实现多波长的多重记录。通过多重多维记录，在不改变光斑尺寸的情况下，能进一步提高单盘存储容量。

②光致色变存储的优缺点。光致色变存储化合物作为光存储介质有许多优点。

•灵敏度高、速度快，可达纳米量级：

•可用旋转涂布法制作光盘，制作成本低；

•信噪比高、抗磁性好；

•光学性能可通过改变分子结构来调整，有利于有机合成等。

但是，光致色变的实用化，还需解决与半导体激光器波长相适应、热稳定性、写擦疲劳等问题。

（3）双光子吸收光学存储的形式。实际上，任何光性质的不同，都可用于信息的光记录和读出，所以双光子吸收光学存储有很多种形式。

•光致色变存储；

•光敏聚合物存储；

•光致荧光漂白存储；

•光折变效应存储等。