本发明公开了一种制备偏振、频率、时间片段三自由度超纠缠的装置及方法，涉及纠缠源制备技术。所述装置包括激光器、第一非偏振分束器、直角棱镜、第二非偏振分束器、半波片、二向色镜、偏振分束器、偏振萨尼亚克干涉仪；所述方法包括：将泵浦光通过非偏振分束器和直角棱镜产生携带时间片段的光子；再将光子通过半波片、萨尼亚克干涉仪等，使得其通过自发参量下转换过程最终产生偏振、频率、时间片段三个自由度纠缠的双光子，最后通过偏振分束器将其分为两路，分发给需要共享超纠缠光子对的通信双方。本发明能够利用光子的自发参量下转换过程制备超纠缠光子对，在未来的高维量子通信中将有重要的应用。