随着科技的进步,信息交互的加快,传统行业逐渐向数字化产业转型,数据量呈现几何级增长。信息存储空间的需求出现不足,产业信息链的阻塞拥挤引发了信息存储研究的兴起。随着网络技术的大量普及,人们对存储器的存储容量和传输速率要求越来越高,因此需要超大容量高传输速率的新型存储技术。全息存储技术突破传统二维面存储,采用三维体存储技术,拥有超高的理论存储密度和超快的数据转换速率。针对振幅型全息存储技术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。采用相位编码方式,提高了编码率与存储密度约4倍,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。解码部分采用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,系统简单稳定,抗干扰能力强,并且通过在编码中加入嵌入式数据,在相位重建迭代过程中提供强力的约束条件,使得相位重建收敛速度大大提高,迭代次数也极大缩减。为了进一步提高存储密度,根据不同倍数奈奎斯特间隔频谱相位重建的结果,提出利用一倍奈奎斯特间隔频谱进行超分辨相位重建的算法,在捕获低频频谱信息的基础上,通过频谱延拓的周期性,人为补全高频频谱信息,然后再对新的频谱进行相位重建。验证了频谱延拓方法可以提高相位重建速度与精度,研究利用1倍奈奎斯特间隔频谱分别延拓至2-5倍奈奎斯特间隔频谱进行相位重建,在模拟计算条件下,得出延拓至2倍奈奎斯特间隔频谱再进行相位重建的速度与精度的效果最好。计算分析了所有与非干涉频谱延拓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,并研究频谱延拓抵抗噪声极限。尽管频谱延拓相位重建会带来一定的噪声,但是可以将材料中所需记录频谱区域减少75%,减少材料消耗32.8%,能提高1.5倍存储密度。并在实验中,利用4阶相位对真实数据进行编码、记录、读取以及非干涉频谱延拓相位解码。综上所述,本文主要有两大创新点。第一,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。第二,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1.5倍。