常规光盘存储虽然已经达到很高的面密度，但在存储密度方面与磁盘的竞争中，能否取得最终优势仍无定局。这是由于光学存储受到1/λ2的面密度限制。即使采用短波长、峰值强度烧蚀(克服衍射引起的光点尺寸限制)和先进的编码等技术，存储密度达到每平方厘米几百兆位(<1Gbit/cm2)就到顶了。而磁盘存储并不存在这种光学限制。磁性存储的面密度在物理上受到超顺磁性的限制(即当磁畴体积过于缩小时，使已磁化的磁畴保持定向排列的各向异性能量会接近磁畴的内能，而引起自发的去磁)。在过去10年中，硬磁盘的面密度以每年60％的速率递增，并且也将很快逼近超顺磁性极限(约为6.2Gbit/cm2)。磁盘和光盘都无法将信息存储在材料的整个体积，多层光盘虽然能提高存储容量，但允许的层数毕竟有限。同时，磁盘和光盘的机械运动寻址方式和按位存储的本质，限制了数据传输率的进一步提高。
计算机处理能力的快速增长，以及为了满足多媒体娱乐和处理对存储容量和传输速率的渴求，导致了人们对体积光学存储的高度兴趣。一般而言，体积光学存储技术有希望达到万亿字节的容量，毫秒或亚毫秒的存取时间，以及Gbit/s到Tbit/s量级的数据传输速率。一种典型的体积光学存储技术是双光子光学存储。
二、光全息存储
综上所述，光盘存储在海量信息存储方面有许多优点，已经成为成熟的存储技术。但它只能在二维平面介质上存储信息，目前存储的面密度已经接近了光学极限，并且由于和磁性存储技术一样要求光学头相对记录介质作机械运动，使存取时间只能限于毫秒量级，其数据传输速率尚不能超过磁盘。双光子存储技术将信息存储从二维平面扩展到三维体积，光谱烧孔将信息存储从空间维度扩展到频率维度，这些存储维度上的扩展，无疑能大大提高存储的容量。但是针对当代计算机技术对数据传输速率的挑战，这些存储技术都不约而同地采纳全息的页面式存储方法，以充分利用光学的并行性，并进一步实现高度并行的无机械运动寻址。特别是由于材料稳定性和室温寿命的原因，这些技术离实用化还有相当的距离。要寻求一种既能增加存储容量，又能减少存取时间，还能保持较低的信息位价格的海量存储技术，光全息存储则是一条可循的途径。
在激光全息术发展的初期，全息图就被看作是有希望的光学存储器件。事实上，Van Heer-den的创见性的论文就是通过对三维全息存储的考察，讨论三维光学存储的理论极限。图30示出全息存储器的构成原理。全息图是在记录介质里记录两个相交的相干光束形成的干涉图。一个光束经过空间调制而携带信息，称为物光束；另一个以特定方向直接到达记录介质，称为参考光束。在两相干光束相交的空间中形成亮暗交替的干涉条纹，条纹轨迹取决于两光场的相对位相：两光场位相相同的地方是亮区，位相完全相反的地方是暗区。不同的数据图像与不同的参考波面一一对应。在写入光束移去后，材料对干涉条纹照明的响应而产生的折射率分布仍能持续一段时间，因而在材料中形成类似光栅的结构。读出过程利用了光栅结构的衍射，用适当选择的参考光(即写入过程中某一参考光的复现光束)照明全息图，使衍射光束经受空间调制，从而较精确地复现出写入过程中与此参考光相干涉的数据光束的波面。这就是全息图存储信息的基本原理。对于厚的记录介质，全息图遍布于材料的整个体积，形成体积(三维)全息图。体积全息图再现时对光束的入射角度、波面位相或波长都十分敏感，因而有可能用不同角度或位相的参考光束，或用不同波长的记录光，在介质的同一体积记录多重全息图(称为“复用”)，每一幅全息图都可以在适当的读出条件下分别读出。
在20世纪70年代，全息工作者试图用全息方法在可擦除的材料(例如光折变晶体)中存储大量的数据页，使得每页中的任一位都可以独立地擦除，从而使全息存储器有可能用作计算机中的随机存取存储器(RAM)，但是这种努力一直没有成功。一种新技术，如果具有不同于原有技术的独特优势，就具有竞争力，而不必在所有方面都达到或超过原有技术所具备的性能。与已经成熟的磁性存储技术和光盘存储技术相比，全息存储有以下特点和优点：
(1)高冗余度。以全息图的形式存储的信息是分布式的，每一信息单元都存储在全息图的整个表面上(或整个体积中)，故记录介质局部的缺陷和损伤不会引起信息的丢失。这得益于全息图的波面重现性质，是其它任何存储技术所无法具有的。
(2)高存储容量。三维光学存储的存储容量上限(约1/λ3)同样适用于全息存储。采用500nm的光波长在折射率为2.0的介质中存储全息图，其存储密度的光学极限为6.3×1013bit/cm3，全息图采用面向页面的数据存储方式，一个全息数据页面的容量可以达到106bit，如果采用空间复用和共同体积复用相结合的技术存储500000个全息页面，可以得到总的存储容量为500Gbit或约63GB，这可以和RAID磁盘系统相比。已有报道，在单一体积单元中可能复用10000个携带数据的全息图。要得到相当于RAID磁盘系统的存储容量，需要在空间复用50个那样的体积单元，而这应当是可行的。利用频率选择技术(PSHB)将存储维数扩展到四维，体全息存储器的容量还可能进一步提高。
(3)非常高的数据传输速率和很快的存取时间。全息图采用面向页面的数据存储方式，即数据是以页面的形式存储和恢复的。一页中的所有位都并行地记录和读出，而不是象磁盘和光盘那样，数据位以串行方式逐点存取。由于每个数据页可以包含多达1Mbit的信息，记录一页的时间可以达到1s或更快(视采用的记录材料和激光器的功率)。读出速率从本质上讲是惊人的，只要读出头定位到某一数据图像的物理位置，就可以在几纳秒内从介质中检索出该数据图像。实际上，全息页面的读出速度取决于探测器的响应时间；与高帧速、高分辨率的CCD探测器阵列相结合，在100μs的时间内(探测器阵列的响应时间)并行地恢复一页数据，可望得到总的数据传输速率为10Gbit/s或约1.25GB/s。此外，全息存储器不一定要用磁盘和光盘存储系统中必备的机电式读写头，而可以用无惯性的光束偏转、参考光束的空间位相调制或波长调谐等手段，在数据检索过程中有可能进行非机械的寻址，使寻址一个数据页面的时间小于100μs，而磁盘系统的机械寻址需要10ms。
当前，大型图像数据库(例如空间、军事和医学数据库)和数字视频信息(例如娱乐用的各种视盘)等在商业上和军事上的大量应用，都要求存储器件同时具有容量大、数据传输率高、数据搜索时间短三方面的优良性能，而全息存储正是同时具有这三项优点的存储技术，有可能成为普通电子计算机的高速大容量外存储器件，在复杂多媒体文档、虚拟现实、图像共享数据库、视频服务器、模式识别等领域有着广阔的应用前景。
④可进行并行内容寻址。全息存储器可以直接输出数据页或图像的光学再现，这使信息检索以后的处理更为灵活。在再现出的光学像被探测到并被转换成电子数据图样之前，就可以对它们用光学方法进行并行处理，以提高存储系统进行高级处理的功能。例如，任何全息存储器通过工作在傅里叶变换域都能够执行相关操作。最常见的情形是在二维空间上进行的相关。在通常的烧蚀型光盘介质上、在光折变或光致聚合物介质上或在持续光谱烧孔介质上的全息记录都能适用于空域相关读出。采用适当的光学系统，有可能一次读出存储在整个全息存储器中的全部信息，或在读出过程中同时与给定的输入图像进行相关，完全并行地进行面向图像(页面)的检索和识别操作。这种独特的性能可以实现用内容寻址的存储器(CAM)，成为全光计算或光电棍合计算的关键器件之一，在光学神经网络、光学互连，以及在模式识别和自动控制等应用领域(可以统称为光计算)中有广阔的应用前景。
早在全息术发展的初期，信息的全息存储就引起了广泛的注意。20世纪60年代末发现光折变效应以后，在光折变晶体中全息存储又一度成为热点，并曾提出过许多设计精巧的存储方案。1975年美国RCA公司还首次报道了在1cm。掺铁铌酸锂晶体中记录了500个全息图。这些早期的工作虽然很出色，但没有产生出实用的系统。这是因为当时半导体存储器和磁存储器发展得非常迅速并能满足需要，后来的光盘存储技术又以其与磁性存储技术相兼容的优势而率先进入了市场，以致使更复杂的全息技术发展相对迟缓。
进入80年代，光学计算研究的热潮重新激起人们对全息存储的兴趣，国际上争相在存储方法和存储材料等方面加紧进行研究。美国Northrop公司1991年在1cm3掺铁铌酸锂晶体中存储并高保真地再现了500幅高分辨率军用车辆全息图；1992年又在同样的铌酸锂晶体中存储1000页数字数据并无任何错误地复制回数字计算机的存储器。这些研究表明，全息存储具有足够的保真度，可用于数字计算机存储；全息存储器可望存储几千亿字节数据，以等于或大于108bit/s的速度传送数据，并在100μs或更短的时间内随机选择一个数据页面。其它任何一种同时具有这三项优点的存储技术都没有体全息存储这样接近实用化阶段，这一事实在世界范围内再次引起体全息存储研究热潮并取得极大的进展，其主要表现是：
(1)存储容量迅速提高，存储器性能不断改进，使得高密度全息存储器日益走向实用。例如，1993年美国加州理工学院在1cm的掺铁铌酸锂晶体中记录了10000个全息图。同年，斯坦福大学的研究小组把数字化的压缩图像和视频数据存储在一个全息存储器中，并再现了这些数据而图像质量无显著下降。直至最近，美国、日本和一些欧洲国家的许多大公司和科研机构仍在不断提高体全息存储的记录密度和发展新型全息复用结构。
(2)采用全息存储技术的实用化系统逐渐推出。根据体全息存储的特性，研究各种系统总体结构设计方案，均衡考虑误码率、容量、数据传输速率和坚固性、封装等项目，以期完善全息存储实用化系统设计，其中包括各种演示装置、产品级测试系统和专门的应用系统。这类工作得到了很多大公司和国防部门的有力支持。例如：1995年由美国政府高级研究项目局(ARPA)、IBM公司的Almaden研究中心、斯坦福大学、GTE公司、Optltek公司、SRI国际组织、休斯公司和Rockwell科学中心等联合成立了协作组织，在美国国家存储工业联合会(NSIC)主持下，投资约7000万美元，实施了光折变信息存储材料(PRISM)项目和全息数据存储系统(HDSS)项目，预期在5年内开发出具有容量为1万亿位数据、存取速率为1000MB/s的一次写入或可重复写入的全息存取系统；IBM公司研制出一台灵活而稳固的高分辨率自动全息存储系统试验床，可以对各种体全息存储材料的参数按照产品级性能标准作出定量测量；Colorado大学将体全息存储应用于光学合成孔径雷达(SAR)成像和目标识别；RocKwell科学中心还正在为航空航天应用研制一个装载在航空飞行器上的大容量体全息存储系统；美国成立了称为。Holoplex公司的科研生产实体，既承担HDSS项目，也为用户开发各种实用系统，他们于1995年8月宣布了第一个全息存储器的商业化产品。同样的研究和开发工作在法国、英国、德国和日本等国也正在加紧进行。
综上所述，大容景体全息存储的研究正在持续高涨。这一研究高潮的到来，归因于过去30年来全息领域的基础性研究的积累，归因于体全息存储材料，特别是光折变晶体材料领域中的成果，也归因于近年来光电子技术的重大进展，使得实用化全息存储器所必需的小型固体激光器、高分辨率空间光调制器组页器件(SLM)和高分辨率高速光电探测器阵列(CCD)等周边技术日趋成熟。可以认为，全息信息存储技术正面临实用化的重大突破。
（三）光纤通信技术
一、光纤通信的发展历史
光纤通信即用光来传递信息并非是一个全新的概念，其实在古代就早已有这种类似的光通信形式。例如，烽火台就是这样一种最简单的光通信系统：烽火是光源；调制方式是点燃烽火与息灭烽火，这是最简单的二进制编码调制方式；传输介质是大气；光探测器是人的眼睛。这种古代的烽火台光通信系统已经包括了现代光通信系统中最基本的部分：发射、调制、接收（眼睛）、解调（人的大脑）。但是这种原始的最简单的光通信系统有许多不足和缺点：第一，传送的信息量太少，只能告诉人们有敌人(烽火燃)和无敌人(烽火灭)这样两种信息。至于敌人多少，谁带领，携带什么武器，从哪个方向来等等，都无法给出；第二，传送距离太近，只能传送到肉眼看得到的地方；第三，抗干扰能力差，雨雾天不能传送；第四，保密性很差，点燃烽火后，不仅自己人能看见，敌人也能看见；第五，不能进行识别和纠错，城池一旦被攻占，敌人也可以根据需要点燃烽火，但自己无法识别究竟是谁点燃的烽火，对一些明显的错误信息也不能自动进行纠正；第六，响应速度慢，从点火到火光冲天使人们能看得见，没有十几分钟到半个小时是不行的；第七，它不能双向工作，不能进行双向传递信息，也不能对信号进行交换，等等。现代光通信系统就是为了解决上述这些问题而不断进行改进设计，因此使系统变得越来越复杂。但是万变不离其宗，它的基本思想都是很简单的。
除了烽火台这样一种简单的光通信系统外，还有一种用灯、手、眼所组成的光通信系统。在这种光通信系统中，灯是光源，手是调制器，眼是光探测器，解码由大脑来完成。这种光通信系统至今在某些场合都还在使用，如夜间船舶舰艇之间通信等。
