众所周知,量子纠缠是量子光学和量子信息领域中的必要资源,因此量子纠缠态的制备极其关键。近年来,多自由度量子纠缠态的制备引起了广泛的关注,这是由于它可以使量子通信具有更大的信道容量和更有效的量子信息处理能力。在此背景下,本论文研究光子的多自由度杂化纠缠态的制备、验证以及应用。我们利用光学器件调控量子态的方法制备了两光子三自由度杂化纠缠的W态。首先我们利用HWP和PDBS等非线性晶体产生偏振和路径这两个自由度,制备出两光子两自由度杂化纠缠的W态。接着,我们通过Q-Plate将其中一个光子的偏振状态转化成轨道角动量自由度,最终实现利用少量资源制备两光子三自由度杂化纠缠的W态。由于系统量子态是三自由度杂化纠缠的,而体系中仅含有两个光子,无法直接进行投影测量。因此,本文提出如何间接探测和验证该W态的方案,其理论依据是三量子比特纯态可由它的任意两个二量子比特的约化密度矩阵唯一确定。这种验证方法与已有的方案进行对比,大大提高了态制备的效率。所制备的W态具有强纠缠性以及传输更多量子信息的能力,并且该W态具有较好的抗比特丢失能力,若传输过程中丢失一个量子比特,其保真度为5/9。另外,我们还研究了两光子三自由度杂化纠缠的类W态用于量子隐形传输。最后我们通过调整光路和修改PDBS对偏振光的反射和透射的参数,制备出单光子三自由度杂化纠缠的W态以及两光子四量子比特的团簇态。这些态的制备效率都为1/2,制备效率得到有效提高。这为高效制备更多样的多自由度纠缠态提供了可能,有助于实现更安全、更兼容的量子网络通信,进而促进量子信息中态制备的发展。