本文采用双光子加工系统和共焦扫描系统，对单光束双光子存储技术及不同存储介质的存储特性进行了理论和实验研究。本课题在国家自然科学基金及“863”项目(MEMS2003AA404050)资助下完成的。 根据双光子写入过程的非线性，分析了双光子存储分辨率和信息读出信号强度的影响因素，建立了理论模型，并进行了实验验证。根据建立的理论模型，可预计存储系统的分辨能力。此外，还实验研究和理论分析了存储深度对信息读出信号强度的影响，提出了曝光时间递增法，并利用此方法有效地增加了深层信息点的信号强度。 研究了新型光致变色材料全氟二芳烯的光化学和光物理性质，和分析。研究了新型光致漂白材料二苯乙烯的光化学和光物理性质，利用放大级飞秒脉冲激光在新型掺杂的PMMA透明聚合物中实现了八层微爆三维光信息的写入、并行折变信息读出和荧光信号串行读出。研究了存储介质的存储阈值、不同能量的飞秒激光脉冲和存储深度对微爆信息点尺寸的影响，理论分析了材料结构的变化，并对飞秒激光微爆的机理进行了探讨。这些结果为双光子三维光存储技术的实用化打下了良好的基础。