非线性介质中自发参量辐射过程所产生的关联光子对是量子信息处理中的重要资源。而高非线性光子晶体光纤具有色散可控、无限单模传输等特性,是一种较理想的χ(3)非线性介质。本论文从理论和实验两个方面研究利用锁模脉冲激光泵浦光子晶体光纤,通过自发四波混频参量过程制备具有高纯度以及特定频谱性质的关联光子对。论文的主要内容包括以下四个部分：一、制备了具有高纯度、大失谐特征的关联光子对。所产生的信号和闲频光子对具有窄带频谱特性,其中信号(闲频)光子与泵浦光之间的频率失谐接近75THz。由于拉曼噪声光子的影响几乎被完全消除,关联光子对的纯度得到了很大的提高。当实验中收集到的信号光子产生率约为每脉冲0.009个时,测得真符合计数率和随机符合计数率之间的比值约为102,接近理论极限。二、通过理论分析关联光子对的频谱函数以及衡量其频谱关联性的二阶强度相关函数g(2),较全面地揭示了影响关联光子对频谱特性的因素,并重点讨论了频率不相关关联光子对的实现途径和条件。基于理论分析的结果,实验产生了频率近似不相关的关联光子对。在无窄带滤波的情况下,测得单个信号光场的最大g(2)值为1.78±0.02。三、利用所获得的频率近似不相关关联光子对,制备了一种具有低噪声特征的近单模宣布式单光子源。考虑传输损耗因素后,单光子源的宣布效率可达86%。当宣布(闲频)光子的产生率约为每脉冲0.002个时,测得被宣布单光子(信号)场的二阶强度相关函数gc(2)为0.012±0.004,低于经典泊松光源极限,极限值与测量值之比大于80。四、研究了光子晶体光纤的结构非均匀性对关联光子对频谱的影响。理论模型的分析结果表明,若非均匀光纤不同部分所产生的光子对之间具有频谱交叠,其相干叠加可使最终输出的光子对频谱产生调制并展宽。实验中对非均匀光子晶体光纤中信号光子频谱的测量结果与理论分析一致,显示了光子对频谱测量可作为检测光纤非均匀性的一种有效的非侵入性方法。