高密度光学信息存储和信息加密读取已经成为了大数据时代下的关键技术,它可以有效地解决数据膨胀、云计算和海量数据存储的安全性等问题。光致变色材料被认为是重要的光学信息存储介质,其中,无机材料体系具有更好的光热稳定性和生物安全性。近年来,以等离激元诱导电荷分离为机理的二氧化钛（TiO₂）/贵金属光致变色材料体系被提出,但制备成本偏高,如何寻找并发展一种高性价比、可实现高密度信息存储和信息加密读取的材料已成为本领域的重大挑战。碳是与人类关系最为密切的元素之一,它能形成大量的化合物,由此产生的碳基材料具有非凡的物理和化学性质,在光电信息科学技术的发展中占有重要地位。目前,氧化石墨烯（GO）/TiO₂复合体系具有光致变色特性已被证明,碳点（CDs）与TiO₂间的电子转移机制已被提出。碳材料更易获得且性价比更高,同时,碳材料/TiO₂复合体系具有可实现信息高密度存储及加密读取的可能性。对低维碳/TiO₂薄膜的探究为寻找性价比更优的可用于先进信息处理技术的材料拓展了新的方向,同时也拓宽了碳材料的相关领域。本论文着重研究了低维碳/TiO₂复合膜的光致变色及全息存储,具体如下:1.采用“滴涂—浸泡”法首次在GO/TiO₂薄膜中引入了弱酸分子,通过弱酸分子协同TiO₂共同释放充足的电子,实现了从紫色到黄色区域的彩色全息图重构。同时,光栅的“衍射自增强”效应也被观察到。本工作为大容量信息存储及彩色显示设备的研究提供了一种新的思路,为此类碳基薄膜在光电器件中的功能化开辟了新的途径。2.采用“浸泡锚定”和“滴涂锚定”两种组装方式将CDs负载到TiO₂多孔膜上。本研究首次发现,在单一光源的照射下,CDs/TiO₂复合体系通过调节不同的组装方式呈现出“双向光致变色”特性（即,体系颜色变深/变浅）。同时,两种锚定方式的薄膜都具有波长和偏振的敏感性,其中,浸泡锚定的薄膜具有较高程度的波长/偏振敏感性,有望用作波长/偏振指示剂,为光学信息加密和存储提供了新的维度。两种锚定方式的薄膜均具有光致双折射特性,可通过复用方式提高信息存储容量。3.浸泡锚定的CDs/TiO₂薄膜具有光致双折射特性,利用CDs激发态下的电子对光学信息振幅和相位的有效调制,实现了全光逻辑“异或非”门的运算,对碳基薄膜的全光逻辑应用方面进行了初步探究。本论文的工作为信息存储、显示和处理提供了新的材料平台,为研制新型多功能集成器件提供了重要依据。