纠缠是量子力学中最引人入胜的话题。随着量子通信和量子计算的发展,作为其核心,纠缠态的研究及制备越来越引起人们的关注。对纠缠态的不断深入研究也使人们对量子力学的的基本原理有了更深刻的理解,对其可能的应用也有了更多的认识。到目前为止,科学家已经在很多量子体系中成功地制备出了纠缠态,这其中包括核磁共振系统,离子阱系统,腔QED,半导体和非线性晶体的自发参量下转换(SPDC)等。对比来看,在产生光子纠缠态方面,自发参量下转换是最常用,也是最重要的方法。但是如何能够按照需要,设计并制各出不同特性的光子纠缠态仍然是一个开放课题。我们利用准位相匹配材料及其铁电畴工程技术提出了一条制备多样化的光子纠缠态的新途径。在本论文中,我们系统研究了一维和二维超晶格的自发参量下转换过程,利用铁电畴的调制将倒格矢引进双光子态的模函数,实现了多种双光子纠缠态的制备,并从理论和实验上研究了他们的空间关联和时间关联。　　 1)我们从理论和实验上研究了一维周期极化的化学计量比钽酸锂超晶格的自发参量下转换过程。尽管与传统的双折射晶体的匹配方式存在着微观上的差别,但是在连续光抽运的情况下产生的双光子仍然具有很好的时间和空间关联。　　 2)我们研究了二维超晶格中几种典型的SPDC非共线匹配方式。发现了产生的双光子波包具有明显的各向异性。如果探测器在垂直和平行于位相匹配平面的两个方向扫描并做符合测量,将会发现后者具有更窄的空间关联和更高的纠缠度。通过解析计算我们也给出了决定其各向异性程度的参数。另外,我们还发现了SPDC的匹配角直接决定了信号光子和闲置光子的角谱。如果两个参量光子匹配角不同,那么它们的角谱和空间关联谱也将会不同。更大的匹配角对应更窄的角谱和空间关联谱。我们还研究了高阶的拉盖尔-高斯模抽运二维超晶格的情况,也发现了一些新的性质。结合非共线匹配方式,光子的轨道角动量纠缠态可以被人工操控。在反向传播的QPM-SPDC过程中,还存在着一种新的角动量最大纠缠态。　　 3)从实验上证明了QPM-SPDC过程中空间模式的传递效应。此时,光学超晶格中横向非线性系数横向调制信息通过SPDC过程传递到双光子的空间模式中去。以多通道超晶格为例,展示了两种类型的横向调制的传递。一种为一维振幅型调制,另一种为一维位相型调制。利用这种技术,可以在双光子的空间模式中集成一些特殊的函数,这对于构建空间自由度的光子纠缠态有潜在的应用价值。另外,利用这种技术,使得光学超晶格可以作为量子密匙的发生器,将密匙内容“写入”超晶格,以SPDC产生的双光子作为载体,发送给通信双方。如果针对一路进行窃听将一无所获,只有通信双方进行符合测量才可以得到写入的信息。进一步,我们还首次开展了纠缠源进行成像实验,从原理上验证了双光子成像分辨率的提高,并实现了体光源的双光子断面层析。考虑到探测器的因素,双光子在一定程度上可以克服景深的干扰。　　 4)在多通道超晶格的基础上,理论上提出了光学超晶格中的并联多参量过程可以产生高维的频率纠缠态。这种技术可以用于未来量子信道的波分复用。我们还详细研究了并联双参量过程的拍频干涉,并提出理论方案.