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科学技术的快速发展，人们迫切需要一种容量更大、访问速度更快的存储技术，体全息存储器因其存储密度高、存储容量巨大、全面并行处理方式、存取速度极快的独特优势而成为提高数字信息存储能力的主要发展方向。同时，建立在体全息存储器基础上的快速识别系统，在空间定位、末制导、目标跟踪等许多领域也具有巨大的应用前景。但是要想实现大容量光学体全息存储器小型化和实用化的目标，选择合适记录介质是我们面临的首要问题。 铌酸锂晶体由于具有较大的电光系数及其他一些优良的性质，在光折变效应的研究中占有重要地位。Ce:Fe:LiNbO3晶体是近年来发现的光折变性能较Fe:LiNbO3优良的晶体材料。但Ce:Fe:LiNbO3晶体仍存在一些不足，如抗光损伤能力低，写入时间长(响应速度慢)等。这就需要在Ce:Fe:LiNbO3晶体中掺进新的杂质离子或提高晶体中的[Li]/[Nb]比来提高其抗光损伤能力，使写入时间缩短。 基于以上问题，本论文较为系统的研究了新型光折变材料—铈铁系铌酸锂晶体的生长、结构及其光学存储性能。 采用提拉法，首次生长了Mg含量变化的Mg:Ce:Fe:LiNbO3晶体以及生长了[Li]/[Nb]比变化的Ce:Fe:LiNbO3。根据晶体生长理论、样品测试结果和实验经验，探讨和改善了铈铁系掺杂LiNbO3晶体的生长工艺参数，改进工艺技术，生长出无宏观缺陷、光学均匀性好的晶体。 利用X-射线晶体粉末衍射、红外光谱、吸收光谱和差热分析等测试手段对晶体的结构进行分析。结果表明，铈铁系LiNbO3晶体并没有因为Mg、Ce和Fe杂质的掺入而出现新相，仍为三方晶系。并且确定了杂质Mg、Ce、Fe在掺杂LiNbO3晶体中的占位情况以及Mg在掺杂LiNbO3晶体阈值浓度。 利用二波耦合测试了晶体的光折变性能，系统研究了铈铁系铌酸锂晶体的弱光非线性光学效应。发现晶体中的[Li]/[Nb]比的变化、掺入Mg杂质以及晶体的氧化还原状态都影响着铈铁系铌酸锂晶体的光折变性能：[Li]/[Nb]比增大，衍射效率下降，写入时间缩短，光折变灵敏度增加，动态范围降低；掺镁量的增加，衍射效率下降，写入时间缩短，光折变灵敏度增加，动态范围降低；晶体从氧化态到生长态再到还原态，其衍射效率逐渐降低，写入时间缩短，灵敏度逐渐增加，动态范围减少。通过Kukhtarev方程组和双光折变中心模型推导出光折变参数与掺杂离子浓度的关系。 提出一种测量晶体光损伤阈值的新方法，即利用光斑畸变的形状变化和光功率密度的关系，拟合外推出光损伤阈值。该测量方法弥补了常用测量方法只能定性或半定量的不足,可用于晶体光损伤阈值的精确测量。结果表明，随着晶体中[Li]/[Nb]比的增大，Ce:Fe:LiNbO3晶体的抗光损伤能力逐渐增强。当[Li]/[Nb]为1.38时，Ce:Fe:LiNbO3晶体的光损伤阈值比Fe:LiNbO3晶体高出4个数量级；对于三掺Mg:Ce:Fe:LiNbO3晶体来说，随着镁掺杂量的增加，晶体的光损伤阈值升高，其中Mg(6mol％):Ce:Fe:LiNbO3晶体的光损伤阈值比Fe:LiNbO3高出3个数量级。晶体的抗光损伤能力随着晶体氧化程度的增加而提高，随着还原程度的增加而减弱。结合掺杂离子的占位分析结论，讨论了产生这些实验结果的机理。 根据光谱测试、光折变测试以及光损伤测试结果，我们选用[Li]/[Nb]比为1.2的Ce(0.1mol%):Fe(0.03mass%):LiNbO3以及Mg(4mol%):Ce:Fe:LiNbO3作为存储介质，利用角度复用技术进行了光学体全息存储实验。在尺寸为8×10×2.4mm的[Li]/[Nb]比为1.2的Ce:Fe:LiNbO3晶体中实现了3200幅图像的存储；在尺寸为8×10×2.4mm的Mg(4mol%):Ce:Fe:LiNbO3晶体中实现了3800幅图像的存储。单幅页面667×375像素，存储密度达到6.4Gbits/cm3。再现图像质量良好。