光学体全息存储技术由于具有存储容量大、密度高、并行传输、冗余度高、寻址速度快和关联寻址等诸多优点,在下一代存储技术竞争中逐渐显露出巨大的优势和良好的发展前景。存储材料对于体全息存储的影响至关重要。改良和优化铌酸锂晶体的体全息存储性能仍是当前体全息存储研究的首要任务之一。本论文基于掺杂对铌酸锂（LiNbO₃）晶体体全息存储性能的影响,全面研究了铌酸锂晶体的体全息存储性能的优化和应用。分析了光折变晶体体全息存储性能的重要参数如吸收率、动态范围、灵敏度和散射噪声等,并建立了所需的实验测试系统。深入研究了抗光致散射离子的作用机理及对 LiNbO₃ 晶体光折变性能的影响。基于适用于抗光致散射的双掺 LiNbO₃晶体的二中心模型,首次理论探讨了该晶体体全息存储性能参数与铁离子掺杂浓度、抗光致散射离子掺杂浓度以及氧化还原态的关系,进而提出了一种优化铌酸锂晶体体全息存储性能的新方法。为了进一步优化铌酸锂晶体,首次研究了掺铟（In）对晶体体全息存储性能的影响,指出低掺 In（0.5mol%左右）是一种有效的提高铌酸锂晶体体全息存储性能的方法;并基于二中心模型和实验结果,对 LiNbO₃:Fe, In 晶体进行了优化设计。以此为指导生长出来的优化的双掺 LiNbO₃:Fe, In 和 LiNbO₃:Mn, In 晶体,在相同的实验条件下,获得了比大容量体全息存储系统中常用的单掺LiNbO₃:Fe（Fe: 0.03wt.%）晶体更好的体全息存储性能。研究了大容量体全息存储过程中曝光时序的问题,提出了一种新的约束递减曝光时序来抑制大容量存储过程中时间常数的动态变化。利用该时序在优化的LiNbO₃:Fe, In 晶体中,进行了大容量体全息人脸图像的存储和相关识别实验,获得了 2030 幅的存储容量、21Gbits/cm3的存储密度以及 98.4%的相关识别准确率,大大提高了体全息存储及相关识别系统的性能。