高密度、大容量是光存储发展的趋势。多阶存储是提高存储容量的技术路线之一。本文研究了一种新提出的多阶存储方法——波形调制多阶。它基于普通DVD盘片生产设备和读出光学头,具有独特的物理格式。本文对该多阶方法的一些关键技术进行了研究。本文研究了波形调制多阶的存储原理和具体实现方案。波形调制多阶是在原有二值存储的原始坑和岸中加入子岸和子坑,以改变读出信号的波形,并把波形作为阶次识别的标志。相对于传统的利用信号幅值来识别阶次的多阶方法,它能克服其在存储容量和伺服性能上的不足。本文给出了它在DVD只读光盘平台上的具体实现方案。由于波形调制多阶光盘在写入过程中存在子坑/子岸的加入,它的写策略优化跟其他存储方法有很大的不同。本文提出了一套基于仿真计算的写策略优化方法,建立了从母盘刻录到信号读出的完整计算模型。把阶次易于分辨和游程不被改变作为优化的目标,得到了各个游程阶次的写策略参数。在商用DVD生产线和读出系统对写策略优化结果进行了验证,得到的信号波形能跟仿真结果吻合,实际信号的抖晃值在8%以下,游程错误率能保持在2×10^-4以下。波形调制多阶利用读出信号的波形来识别阶次,它的阶次识别方法也跟其它多阶方法不同。由于读出信号跟符号序列没有对应关系,部分相应最大似然法不能直接用于本多阶存储方法。本文提出了先游程检测再阶次检测的信号检测方案,设计了一套基于最小欧氏距离的自适应阶次识别方法。该阶次检测方法不仅能克服读取过程中的信号波动,还能克服不同批次盘片工艺偏移带来的信号差异。在硬件平台上对该方法用FPGA进行了实现,得到了低于2×10^-4的阶次错误率,实现了高清视频的连续稳定播放。本文还分析了母盘刻录工艺和伺服误差对读出信号的影响,定义了波形偏差参数来定量评估对阶次识别的影响。通过仿真计算,得到了母盘刻录工艺改变和存在聚焦/循迹误差时的读出信号,以及不同改变量下的波形偏差。分析结果对控制母盘刻录工艺和伺服控制的设计有重要的参考价值。