光学显微镜是人们认识微观世界的一座桥梁,是近代生命科学、纳米科学、芯片制造等行业的基本工具。随着人们研究和加工尺度不断向纳米尺度进军,对光学显微技术的要求也越来越高。突破衍射极限成像成为一种迫切的需求,被众多科学家研究。目前,多种光学超分辨成像的方案已经被实现,有些已经很有成效的用于科学研究当中。但是这些方法往往需要特殊的光源或者特殊的荧光物质,各自有一定局限性。从物理测量角度来看,成像是对位置量的测量,如何获得高的成像精度取决于我们从测量中获得的信息。近代量子信息的发展为我们获取信息提供了新的思路和方案：一方面量子信息理论为我们提供了优于经典测量的量子测量方案；另一方面量子信息技术的发展为我们提供了非经典光源和新探测技术。单光子源的光强统计是量子性的,具有反聚束效应,这提供经典测量以外的非经典信息。通过设计合适的方案,获得反聚束效应提供的非经典信息,我们可以提高测量的精度。单光子源是组成荧光物质的基本单位,是普适的存在,因此这类测量方法也具有一定普适性。本文在此基础上,探讨并尝试基于单光子源的量子信息成像方案,为光学超分辨成像提供新的思路和方法。金刚石中的单个NV色心是优秀的单光子源,具有很好的光学稳定性,并且可以人工制备,因为其优秀的室温电子自旋性能,近年来成为国际上研究的热点。我们结合离子束注和电子束曝光工艺,实现了单个NV色的制备。在实现NV色心制备的基础上,我们演示了如何使用单光子源的非经典信息成像。首先,我们提出并实现了能够以任意精度分辨两点量子统计成像方案。量子统计成像方案不受衍射极限的限制,实验中获得的分辨精度可以到2.4nm,如果提高参与统计的符合光子数,可以将精度提高到一纳米以下。量子统计测量方法除了可以适用于相邻物体的光学成像,还可以实现发光寿命,偏振和其他物理量的测量和分辨。同时,该测量技术可以测量近邻物体的动力学演化以及它们之间的相互作用,为实现进一步的量子信息技术提供了一种新的测量技术,也将在化学、材料、生物等方向得到应用。另外,我们实现了突破衍射极限的量子关联成像方案。量子关联成像方案可以提高整幅图像的分辨率,而不受单光子源个数的限制。分辨率提高倍数与关联测量的阶数有关。由于方案简单易行,只需要在现有共聚焦显微镜上加光子统计模块,即可获得分辨率的提升,所以方案对现有显微系统具有很强的通用性和兼容性。与经典的光强图像相比,关联测量获得的单光子和双光子图像提供了更多的信息,不仅可以用来获取高分辨的图像,还可以用于数字图像处理,实现滤波等功能。由于单光子和双光子图像的相关性,对两幅图像进行数字图像处理有更大灵活性,在此基础上可以发展出新的图像处理技术。