光折变材料一直是体全息存储技术最重要的研究领域。近年来，有机存储材料由于具有动态范围大、存储非易失性、易于干处理等优点，已成为各国科学家研究的重点。但我国目前对有机材料研究还甚少，并且无法通过商业途径从国外获取。因此，本论文深入研究了体全息有机材料的存储性能，建立了体全息光栅形成动力学模型，并分析了它们在全息存储中的应用方法。此外，本论文还研究了铌酸锂晶体材料的大容量全息存储性能。 第一，为了研究材料的存储性能，即材料折射率调制度随曝光量变化的特点，建立了单光源动态光栅形成曲线测试系统；明确了与材料吸收无关的衍射效率定义；制定了以动态范围、光敏感度、再现图像清晰度和擦除时间常数为指标的材料评价方法。 第二，依照Dupont公司的光致聚合材料配方和工艺，制备了有机材料HPF1＃。基于小光强条件下光致聚合材料的迁移理论，建立了HPF1＃的光栅形成动力学模型，并理论分析和实验验证了HPF1＃材料谱面全息再现图像由材料收缩导致的“擦除”现象。 第三，为了克服HPF1＃材料收缩和厚度薄两个缺点，研究了刚性成膜树脂材料，理论分析发现其折射率调制度大小与成膜树脂的折射率无关，提出了高折射率成膜树脂、低折射率单体的光致聚合材料体系，这是一种与传统光致聚合材料完全不同的设计思路，简化了刚性成膜树脂材料的制作工艺，在此基础上制备了HPF2＃。实验证明了HPF2＃具有无收缩、厚度厚、较高衍射效率等特点。此外，本文还讨论了小光强条件下光致聚合材料正交偏振全息的特性。 第四，研究了二芳烯材料全息存储的机理，结合光化学理论和二波耦合理论，建立并实验验证了该材料的光栅形成动力学模型；并在该材料上进行了单幅全息图的存储与清晰再现、多重全息光栅的角度复用、多次重复擦写，以及强光记、弱光读的实验。此外，依据二芳烯材料具有双光子吸收的特点，提出了“光锁”非易失性读出存储方案。 最后，理论分析和实验验证了晶体材料光伏效应对大容量全息存储的影响和抑制方法，并在小型化体全息存储与相关识别系统中实现了10.5Gbits/cm3存储容量和1000幅库图像的相关识别。