近年来,随着量子信息技术的发展,研究人员已经意识到不同的量子体系在处理不同的问题时具有各自的优势。由于单个的量子系统不可能解决实际问题中的所有需求,所以由多个不同量子系统组成的混合量子网络就成为了该问题的解决方案。为了充分发挥混合量子网络中不同量子体系的优势,需要实现彼此之间的量子连接,光子作为天然的飞行比特,非常适合用来实现不同量子体系的连接。量子节点作为量子网络的核心单元,需要能够实现量子比特的可靠逻辑操作,目前可以作为量子节点的体系有囚禁原子、囚禁离子、NV色心和量子点等,其中由于囚禁离子系统具有操作保真度高、相干时间长及全同的量子比特等特点,受到了研究人员的青睐。此外,人们还希望量子网络中某些节点具有较好的量子态存储功能,在这方面固态量子存储系统具有独特的优势,目前基于稀土掺杂离子固态量子存储器已经实现了1小时的相干光学存储。此外该体系还具有多自由度、多模式存储及高存储保真度等优势,非常适合作为量子网络中的存储节点。因此,由离子阱系统作为操作节点,固态量子存储器作为存储节点所构成的混合量子网络结构颇具研究前景。本论文选择面向构建这种结构的混合量子网络开展研究,着眼于解决两种量子节点连接时的光子接口问题,主要包括连接光子的产生（离子光子纠缠态的制备）及波长转换。在本论文的研究中,纠缠态的制备在离子阱中完成,考虑到使用连续光激发制备离子光子纠缠态时会导致离子光子纠缠保真度和纠缠产生速率的下降,因此我们使用了皮秒脉冲来完成离子的激发。此外,离子阱中的荧光波长为369.5 nm,而固态量子存储器的工作波长为580 nm,二者之间差异较大,难以实现直接的连接,这也是目前混合量子网络研究中的一个普遍问题。解决这个问题的常用方法是量子频率转换,该方法能够有效保持转换前后量子态的相干性,并且在可见和近红外波段已经取得了较大的进展。但是紫外波段的量子频率转换研究目前还很少,而且转换效率也远低于可见和近红外波段。紫外波段的频率转换主要受制于两个方面:首先,常用的紫外非线性晶体,例如LBO（三硼酸锂）和BBO（偏硼酸钡）由于无法实现准相位匹配不能用于紫外波段的量子频率转换,晶体的选择类型有限。其次对于常用的准相位匹配晶体,例如PPKTP（周期性极化的磷酸钛氧钾）和PPLN（周期性极化的锂酸锂）,前者对紫外波段的吸收较强,后者容易受到光折变损伤,而且两者的一阶准相位匹配周期很短（～2μm）,目前的加工工艺难以在晶体上做出如此短且均匀的极化电极。本论文通过调研比较发现PPSLT（周期性极化的钽酸锂）晶体具有较高的紫外透过率及损伤阈值,比较适合紫外波段的量子频率转换。本论文的主要工作及创新性成果如下:1.实现了连续光激发的离子光子纠缠态制备。在171Yb+离子阱中采用偏振纠缠的实现方案,使用连续光弱激发的方式制备出纠缠保真度为84.7%的离子-光子偏振纠缠态,为将来混合量子网络的建立完成了相关的实验准备。2.自主研制了皮秒单脉冲选择装置,完成了171Yb+离子的皮秒单脉冲激发。基于两级级联的AOM,实现了单脉冲的选择输出,单脉冲隔离比达到106量级,该装置将会有效提高离子光子纠缠产生速率及保真度。3.利用自主研制的对称式压电频率参考腔,解决了需要大调谐范围的紫外半导体激光器的频率锁定问题。该频率参考无需真空环境,结构简单,性能稳定,实验测得调谐范围＞14.7 GHz,频率的短期波动＜0.6 MHz,为离子的多普勒冷却及后续波导的性能测试打下了基础。4.完成宽波段波导的设计及制备,并首次实现了紫外（369 nm）到可见（580 nm）波段的量子频率转换。采用飞秒激光直写技术,在钽酸锂晶体内制作出满足紫外到近红外波段基模传输的宽波段波导,并设计了对称式的偏振量子态转换装置,实现了保真度为96.13%的量子频率转换信道,单光子量级的转换效率为0.26%W-1cm-1,转换过程中的信噪比＞500,为构建171 Yb+离子节点与固态量子存储节点的混合量子网络奠定了基础。