三维体全息存储以其存储密度高、数据传输快、寻址速率快、存储寿命长、制备成本低等优点,在信息存储技术中展现了极强的竞争力,受到人们的广泛关注。然而,一直以来该存储技术受其响应时间的限制,并没有在实际应用中得到普及。因此,快响应体全息存储的研究具有重要的意义和价值。本文基于两种材料,一种是以菲醌(PQ)为引发剂的PQ/PMMA光致聚合物,实现了纳秒量级脉冲曝光下的超快体全息存储;另一种是以二茂钛(IRGACURE 784,TI)为引发剂的TI/PMMA光致聚合物,在体全息存储中实现了毫秒量级的响应时间。采用纳秒脉冲曝光的方式首次实现了在PQ/PMMA聚合物中的超快体全息存储。实验中利用脉宽为6 ns,波长为532 nm的脉冲激光,实现了2 mm厚材料在单次脉冲曝光下的全息光栅记录,暗反应时间为15 min时,材料的最大光栅强度为1%。后续利用多脉冲曝光,在300次累积曝光下,得到了光栅的最大衍射效率,为32.9%,其光栅响应时间为0.88μs。累积曝光时间为1.5μs时,利用角度复用技术实现5幅全息图的复用存储,得到0.726的动态范围M#。掺杂Ag纳米粒子以改善其超快体全息存储性能。实验结果表明,在粒径尺寸为80 nm,浓度为0.00006 wt%的Ag纳米粒子掺杂下,衍射效率提升18.5%、响应时间缩短67%、动态范围M#提高70%。建立Ag纳米粒子诱导的多组分混合调制动力学模型,提出Ag纳米粒子在曝光过程中由于局域性表面等离激元振荡效应(LSPR),产生了吸收调制,理论模拟与实验结果吻合。在粒径尺寸为80 nm,浓度为0.00006 wt%的Ag纳米粒子掺杂下,获得了最大吸收调制,为8.2×10-5,与折射率调制度(9×10-5)相比,吸收调制的引入使总调制深度增加了91%。在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基底中引入新型引发剂二茂钛(IRGACURE784,TI),采用改进的三步聚合法制备TI/PMMA聚合物材料,最佳引发剂浓度为4.0 wt%。在532 nm的曝光下,研究了3 mm厚的TI/PMMA和PQ/PMMA聚合物的基本全息性能。实验结果表明,在曝光能量密度为115 m W/cm2的情况下,TI/PMMA聚合物的衍射效率达74%、响应时间为20.5 s、动态范围M#为6.88。相较于PQ/PMMA材料,其衍射效率提升28%,响应时间缩短53%,动态范围M#提高96%。在532 nm曝光下,实验研究1-3 mm厚的TI/PMMMA聚合物的基本全息性能,1 mm厚的材料具有更快的响应时间(4.98 s),而3 mm厚的材料具有更高的衍射效率(74%)和更大的动态范围M#(6.88)。引入厚度相关的吸收系数关系式,结合非局域扩散模型和光致聚合速率方程,建立TI/PMMA聚合物在吸收衰减过程中的光栅动力学模型,得到理论模拟与实验结果相吻合。实验中发现,在利用脉冲曝光记录全息光栅时,发现记录时间增加,光栅强度由弱变强,响应时间由慢变快。然而由于记录时间的缩短,全息光栅的响应时间变长并远大于记录时间,即产生全息互易律失配,对于超短脉冲曝光记录的全息光栅而言,需要经过暗反应过程,才能达到较高的衍射效率。为此,本文提出了全息互易律失配的概率分析模型,分析表明,互易律失配对光栅强度产生的影响可以通过提高曝光能量密度和缩短聚合速率进行改善。针对TI/PMMA聚合物,得到了符合互易律匹配的曝光时间范围,为10-3～102 s。实验研究了单次毫秒量级的短时曝光后,TI/PMMA聚合物的暗反应过程,实验结果表明,单次曝光时间越短,初始光栅强度越小,暗反应时间越长,暗反应过程对衍射效率的贡献占比越大;随短时曝光时间的变化,暗反应过程也会随之改变,验证了该模型的适用性。在此基础上,建立脉冲曝光下TI/PMMA聚合物的吸收衰减动力学模型,描述TI/PMMA聚合物内部在短时曝光下光物理-化学过程,发现其与实验结果相吻合。本文基于引入三阶介电张量下的偏振全息理论,研究TI/PMMA聚合物的偏振式体全息存储性能。实验结果表明,TI/PMMA聚合物具有光致双折射效应,其最大调制度为9.06×10-5。因此可以采用非平行偏振光入射,记录偏振光栅。实验中采用偏振方向不同的入射光,夹角分别为30°,45°,60°和90°,实现了对振幅、相位和偏振信息的同时记录。在正交偏振记录下,实现了全息光栅的多维(角度-偏振)复用存储,材料的动态范围M#为1.23。本文研究表明,PQ/PMMA和TI/PMMA聚合物具有良好的快响应体全息存储性能,在体全息存储领域,是极具竞争力的两种光致聚合物材料。