近年来随着量子信息技术的发展,单光子源一直是量子信息科学研究关注的重点之一。Fock态的光子数分布在时间域是趋向于均等分布。直接观测具有反聚束效应的单光子源的一光子态分布特性对于了解Fock态的量子力学特征具有很重要的意义。光子数可分辨探测器具有光子数分辨能力,在远距离激光测距、超快光谱学以及量子通讯等方面都有非常广阔的应用前景。本学位论文的目标是通过多像素光子计数器光子数分辨探测器实现非经典态光子数分布的直接观察。实验主要成果如下：(1)MPPC探测器的标定。分别利用基于探测器建模的标准校正方法和基于量子探测器断层扫描的方法对MPPC探测器的量子性能进行标定,以验证其在对一光子态探测过程中具有良好的探测性能。探测器建模的标准校正方法需要考虑的因素包括探测器本身结构、探测效率以及噪声。基于这些参数,对MPPC探测器进行建模,获得理论的正算子值测量(POVM)以及Wigner函数。此外,基于量子探测器断层扫描的标定方法直接描述,获得探测器真实的量子性能。(2)基于扫描共聚焦显微镜系统,利用具有良好量子探测性能的多像素光子计数器(MPPC)作为探测器,对引入暗计数、串扰、后脉冲影响进行修正,最终实现对基于纳米金刚石内的氮空穴色心单光子源的光子数分布特性进行直接描述,并将此分布与相干光源的光子数分布作对比,分析获得一光子态的分布特性。实验结果表明,单光子源相比相干光源,在光子数分布上表现出了明显的非经典特性,与实验预期相符。综上,本论文利用MPPC探测了非经典态的光子数分布,对MPPC的暗计数、串扰和后脉冲给出了修正方法,基于探测器结构以及探测效率和噪声参数对MPPC进行建模获得其POVM以及Wigner函数表达,此外,利用断层扫描对MPPC的真实量子特性进行描述。利用这个量子探测器,我们对单光子源和相干光源的光子数分布进行探测和对比,该工作对今后MPPC在量子探测领域有一定的参考价值。