量子信息处理利用量子力学基本原理,比如测不准定理和不可克隆原理,保证了量子信息处理的无条件安全。在基于纠缠的量子通信中,高质量纠缠是一种极其重要的资源。不幸地是,纠缠质量会因纠缠产生过程中器件不理想以及操作误差而下降。另外,在纠缠分发过程中,固有的信道噪声会进一步降低非最大纠缠态的保真度,这些不利因素都将使得最大纠缠态退化为部分纠缠甚至是混合态,进而影响量子通信的安全性和可靠性。在局域操作和经典通信的辅助下,纠缠纯化作为一种提高纠缠保真度的有效方法可以实现从大量的低纠缠度的系综中提取出少量的高质量纠缠。在此背景下,本文研究了光学系统中的纠缠纯化。其主要研究内容如下:首先,本文研究了利用和频产生器对时间片段纠缠进行纯化,以此来降低纠缠产生过程中器件不理想和操作误差对纠缠质量的影响。并考虑在没有完美纠缠源的情况下,本文进一步利用自发参量下转换源产生时间片段纠缠并通过纯化纠正其发生的比特翻转错误和相位翻转错误,研究结果表明利用和频产生器可以有效消除自发参量下转换源产生高阶干扰;其次,本文研究了光学系统中的基于测量的纠缠纯化。对于离散变量纠缠,本文深入研究了利用自发参量下转换源实现基于测量的纠缠纯化,研究结果表明通过后选择可以有效消除自发参量下转换源产生的高阶干扰;对于连续量纠缠,本文研究了在光子未发生耗散以及光子发生耗散情况下的基于测量的纠缠纯化,研究结果表明光子耗散引起的错误可以转换为比特翻转错误;然后,本文研究了基于测量的逻辑比特纠缠纯化并以此解决光子在光纤和自由空间中传输发生丢失而导致纯化失败的问题。在该方案中,每一个物理比特都由量子奇偶校验码编码成一个逻辑比特,研究结果表明只要丢失的光子数小于量子奇偶校验码的丢失阈值且没有破坏逻辑比特不同块之间的纠缠,该方案依然可以纠正逻辑比特纠缠发生的错误。另外,本文还深入研究了不完美非破坏性测量对纯化造成的影响,研究结果表明非破坏性测量的测量误差会降低纯化的成功概率和保真度。而且只有当非破坏性测量发生错误的概率小于逻辑比特所要求的错误阈值时,该纯化才能纠正逻辑比特发生的错误;最后,本文研究了利用超纠缠实现的单拷贝多粒子GHZ（Greenberger-Horne-Zeilinger）态高效纠缠纯化。与传统的每次需要两拷贝的纠缠纯化相比,利用单拷贝的纯化具有更高的纯化效率。本文以时间片段纠缠为资源来纠正极化纠缠发生的错误,研究结果表明纯化后得到的极化纠缠保真度大于纯化前时间片段纠缠和极化纠缠两个保真度的最大值。同时,本文还将该纯化推广到了任意粒子数的纠缠系统。