近几十年来随着科学家的辛勤研究,量子信息领域取得了飞速的发展。利用量子纠缠和量子不可克隆定理等量子物理特性,人们在量子保密通信和量子计算的理论和实际应用上都取得了重要的进展。如今,越来越多的工作开始致力于大规模量子网络的研究与应用。量子网络是将量子通信以及量子计算应用于实际的重要平台,是由许多连接着量子通道的节点组成,可以实现高速且大容量的量子通信和高效的分布式计算。其中,以光子作为量子信息传输粒子的光纤量子网络是最具有应用可行性的一种量子网络。在网络中的每个节点处,可以对量子信息进行处理,如量子信密钥分发、量子纠缠交换、量子存储、逻辑运算等。因此完善网络中节点的量子信息处理能力,是构造大规模光纤量子网络的重要工作之一。周期性极化铌酸锂(PPLN)晶体相较于其他晶体有更高的二阶非线性系数,在1550 nm通信波段附近的吸收损耗相对较小,在1550 nm附近的折射率变化平缓,并且在集成和加工工艺上已有了很完备的技术支持,所以一直是理想的用来实现光量子实验的非线性晶体,如量子纠缠源和准单光子源等等。PPLN波导结构对于PPLN块材结构来说,转换效率又有很大的提高。我们基于PPLN波导良好的非线性特性,开展了以下几个方面的工作:一.宽带准单光子源的制备。在光纤量子网络中,不同波长的光子在与之波长对应的通道中传输,这一方法使得信息的传输容量有了很大的提升。先前所研究的准单光子源多为单波长的单光子源,这使得为了匹配量子网络我们需要使用许多个单光子源,但这种方法不利于网络的集成化和实际的应用。我们利用了PPLN波导在1550 nm附近较小的折射率变化,让宽带的自发参量下转换条件得到满足,从而制备了可以覆盖35个ITU通道的准单光子源,并且每个通道都基本具有相同的亮度和单光子性。二.通信波段的单光子频率转换。在光纤量子网络中,不同波长的单光子需要通过频率转换来实现不同信道的切换来实现多用户之间的信息传输,另外来自不同纠缠源的光子需要转换到相同波长才能进行量子纠缠交换,所以单光子频率转换接口在量子网络中有十分重要的意义。我们通过PPLN波导中的级联的二阶非线性过程[非线性和频(SFG)和非线性差频(DFG)],从实验上首次实现了低噪声宽带可调谐的单光子频率转换。并且我们的频率转换接口可以完成任意国际电信联盟(ITU)通道之间的转换,这是构建多用户光纤量子网络的重要基础。三.通信波段到可见光波段的频谱压缩及频率转换。在量子网络中,节点需要量子存储的能力,而传输光子和存储光子的性质有很大的不同,因此我们需要量子接口去转换这两种光子的特性。实验中,我们利用了PPLN波导的高二阶非线性系数,通过SFG过程配合以将单光子和辅助光正反啁啾化的方法,实现了58倍高压缩率的单光子量级的频谱压缩及频率转换接口。