随着信息技术的发展,人们对信息存储容量的要求越来越高.多层(三维)光学信息存储作为一种提高信息存储容量的手段受到人们的广泛关注.该课题在国家自然科学基金(No.50275140)及"863"项目(MEMS 2003AA404050)资助下进行.该文采用的三维信息读写方式分别为双光子激发写入和共焦显微镜读出.由于双光子吸收的非线性,采用双光子写入的方法可以避免层间的干扰,提高存储密度.共焦显微镜作为一种具有三维分辨能力的读出方式,同样可以避免层间信息的干扰,得到更高的信噪比.该课题主要研究成果包括以下几个方面:首先,我们自行组建了适用于三维存储和微细加工要求的实验系统包括:共焦光学读出系统,压电陶瓷驱动的扫描工作台,钛宝石飞秒激光器,共焦显微镜控制器和相应的软件.实验表明整个系统工作良好.其次,采用上述的实验系统,在一种新的光致色变材料中实现了十层三维信息的双光子写入,单光子共焦读出.并对双光子写入的工艺参数,共焦读出的激光能量及其对数据破坏程度的关系等问题进行了实验研究,为今后的三维存储的实用化提供了依据.再次,由于三维数据点存储在介质的内部,因此在读写过程中激光需要经过两层不同折射率的介质.折射率的失配将影响物镜焦点处激光光强的分布,进而影响读写效果.该文从理论上和实验上分析了折射率失配对激光焦点处点扩展函数的影响,并提出了一种新的实验数据处理方法,使实验结果和理论分析较好的吻合.最后,对三维数据的发展方向进行了探讨,多光子多焦点显微镜(Multifocalmultiphoton microscopy,MMM)提供了一种快速读写三维数据的方法.但高斯光束的不均匀性将导致光束中心的光强大于周边的地方.我们提出一种整形方法将高斯光束转变为均匀的光束,并从理论上讨论了整形的效果.总之,我们对三维存储所涉及的一些问题进行了研究,对这些问题的研究为今后三维信息存储向实用化方向发展打下了基础.