随着信息技术的发展,产生的数据量正在爆炸式增长,对数据存储密度和数据转换速率的需求急剧增大。传统的数据存储技术已经很难满足数据增长的需要,新一代的存储技术亟待发展。全息存储技术作为一种三维体存储技术,拥有超高的理论存储密度和超快的数据转换速率,被认为是新一代存储技术的有力竞争者。本论文在研究现有振幅型全息存储技术的基础上,针对其信噪比低和编码率低的缺点,提出更为高效的相位型全息存储技术,并从相位编码和相位解码两方面进行理论和应用研究。在相位编码部分,首先研究了相位调制的作用。一方面提出有效的相位调制范围,在此范围内相位调制起到均匀材料记录中心强度的作用,提高了信噪比;另一方面,提出利用信息光的相邻位置相位调制减小位移复用带来的页间串扰。其次,提出编码对的相位编码方式,解决了单次干涉出现的相位混淆问题,使得单次干涉精确读取相位成为可能,提高了数据转换速率。在相位解码部分,提出了新的非干涉相位重建方法,相比于传统的干涉法,非干涉法的系统更为简单紧凑而且读取结果十分稳定。非干涉相位重建方法可降低对材料衍射效率的要求,使得全息图复用数量大大提高,增加存储密度。在本文实验中数据记录速度提高14倍。通过在编码中加入嵌入式数据使得相位重建收敛速度大大提高,从原来所需的成百上千次迭代缩减到10次迭代左右。计算分析了所有与非干涉相位重建相关的参数,建立各参数与相位重建的关系。在加入噪声后,找到实验条件下最适合的各参数值。并在实验中,成功利用4阶相位对真实数据进行编码、记录、读取以及非干涉解码。对非干涉相位重建方法进行优化,提出干涉与非干涉结合的方案,用干涉解码的部分正确相位代替所需的嵌入式数据,提高了近一倍的编码率。并提出了只利用一倍奈奎斯特间隔频谱进行非干涉相位重建的超分辨方案,可以将材料中所需记录频谱区域减小至少4倍,减少材料消耗35%,使得存储密度再次提高至少1.5倍。综上所述,本文主要有三大创新点。第一,提出编码对的相位编码方案,实现单次干涉精确读取相位,提高了数据转换速率。第二,提出非干涉相位重建方法,建立了稳定实用的相位型全息存储系统,提高了编码率与存储密度约4倍,并提高了数据记录速度。第三,提出一倍奈奎斯特频谱记录的非干涉相位重建方案,再次提高存储密度至少1.5倍。