随着信息技术的发展,人们对信息存储容量的要求越来越高。多层(三维)光学信息存储作为一种提高信息存储容量的手段已受到人们的广泛关注。本文主要围绕三维光存储技术中的多波长多层和双光子存储技术展开研究。在多波长多层光存储系统中,先设计一个多层光存储介质,并对存储系统的调焦系统采用一种新的斜入射的调焦技术;然后应用衍射理论对探测器上接收到的光强进行了分析;在双光子多层存储系统中,主要对折射率不匹配所引起的问题进行了理论分析和计算机仿真。本课题主要内容包括以下几个方面:首先,设计一个多层光存储介质,并对其设计要求和分析方法进行了说明。为了保证存储系统的各层信号分离和信号强度的要求,并且克服层间串扰的问题,本文采用了一种新的斜入射的调焦技术。其次,从波像差的角度出发,采用Zernike多项式作为工具,推导了光学读取头的像差总体容限要求。然后利用光盘衍射理论分析了光存储系统探测器上的光强度分布,并模拟讨论了影响光存储系统光强分布的诸多因素,结果表明:信息单元光强分布满足Strehl判据,说明了该存储系统能进行三维读写,验证了理论的可行性。再次,由于现有的光盘衍射理论都是基于聚焦误差为零的基础上,当盘片处于离焦状态时,原理论分析都不适宜直接应用。为此文中最后基于菲涅耳公式和标量衍射理论,分析了不同离焦状态时,探测器上的光强分布情况,并模拟了聚焦误差信号与离焦信号之间的关系曲线。最后,对双光子存储系统中存储分辨率和信息读出信号强度的影响因素进行了理论分析,估算了存储系统能实现的分辨能力。此外,由于三维数据点存储在介质的内部,因此在读写过程中激光需要经过两层不同折射率的介质,折射率的不同将对聚焦点处激光强度的分布产生影响。本文从理论上和模拟上对折射率不匹配引起的问题进行了分析。总之,通过对三维光存储所涉及的一些问题进行了研究,对这些问题的研究为今后三维信息存储向实用化方向发展打下了基础。