由于光子的偏振具有易操作、不易被破坏、对环境不敏感等优点,非常适合作为量子比特的载体。光子偏振纠缠已经成为量子信息领域中最常见并获得广泛应用的纠缠态之一。偏振纠缠的制备可以基于不同的材料体系,可以是基于二阶或者三阶的非线性光学效应。目前,普遍采用的一种方法是通过二阶非线性晶体中的自发参量下转换过程产生来偏振纠缠的光子对,该方案简单易行,但都是在块状晶体中或者周期极化波导中产生。本论文则致力于在单芯片上产生偏振纠缠光源,相比较于块状晶体的产生方案,其产率、空间模式、稳定性、小型化、集成度和可调控性等方面均有极大提升,将大大提升偏振纠缠的品质。芯片化量子光源是量子信息走向实用化的必然要求,是实现片上复杂的量子信息处理甚至全集成光量子芯片的首要任务。本论文的研究结果主要包括以下几点:1.成功制备了低损耗的钛扩散铌酸锂单模波导。研究钛扩散铌酸锂波导的高温扩散机理以及波导损耗来源,对光刻工艺、金属钛条厚度、扩散时间等物理条件进等进行系统的研究和仔细摸索,反复优化工艺参数,成功制备出钛扩散铌酸锂单模波导,并对波导损耗进行了表征。2.成功在钛扩散铌酸锂波导上完成周期极化。通过改进室温极化流程,成功实现钛扩散铌酸锂波导中的畴反转,并设计极化周期进行准相位匹配条件检验,成功观测到高效匹配的倍频过程和参量下转换过程,找到波导中极化周期的设计参数。3.提出和设计了铌酸锂的片上偏振分束器。根据平板波导理论与铌酸锂电光效应,通过两波导耦合引出三波导耦合模理论,推导了功率在三波导中的分配。根据钛扩散与质子交换铌酸锂波导模式的不同,提出了铌酸锂片上偏振分束器的理论方案。同时也分析了零间隙波导的偏振分束器的工作原理并进行了数值模拟。4.提出和制备片上半波片。设计电光调控的周期极化区域,通过施加合适的电压,实现芯片上的半波片,从而实现片上量子比特的操控。实验上对片上模式转换效率进行了相应的设计和初步测试。5.完成片上偏振纠缠源的整体结构设计,分析工作原理和整体性能。提出通过片外的单光子计数和符合计数来反推芯片内部损耗、分束比等多种参数的芯片分析方法。以路径纠缠源的光量子芯片为例,通过解方程组,直接得到芯片上各部分器件的性能参数,这是一种无损的、有效方便的芯片内部性能表征方法。