近年来,氮空位(NV)中心作为优异的固态电子自旋量子体系,其电子自旋在室内温度下具有较长的相干时间,被激光辐射易读出的特性,使其在量子调控和量子传感领域获得突破性进展。同时,利用微波和射频技术调控NV色心自旋态可以实现量子精密磁探测,结合其结构对称性,采用多频微波脉冲同步控制NV色心的不同晶轴还可以提高其矢量磁测量灵敏度。因此基于固态电子自旋的精准操控实现高灵敏度磁探测成为了我们的研究目标。主要研究内容如下:首先简要介绍了固态电子自旋极化及矢量磁场测量当前的研究水平和研究手段,从本质上介绍了NV色心的基本性质:包括物理、电子、能级结构及其自旋极化机理,同时介绍了NV色心的加工工艺及光谱特性。重点分析了基于光学检测磁共振技术的几种自旋调控方法及原理。总结了矢量磁测量原理及灵敏度的测量方法。其次,为了实现固态电子自旋极化,我们以产生高精度同步时序脉冲为研究目标,设计了基于Labview和spincore的脉冲序列发生模块和数据采集、存储、运算模块,实现了不同仪器间的同步运行。同时设计了实现自旋调控实验的脉冲序列,结合自主搭建的软硬件系统,测量了系综NV色心拉比振荡周期为300ns。通过实验还测试了NV色心的自旋回声和退相干时间,并对实验调控参数进行了优化。最后,根据NV色心的结构对称性对矢量磁场测量进行空间数学建模,从理论上推导了磁场大小和方向与NV轴之间的关系,通过实验进行了验证。同时研究了矢量磁场与调控关键参数如拉比振荡的关系。实验通过利用微波、激光技术实现了固态电子自旋极化及矢量磁场的测量,为未来延长退相干时间,提高磁检测灵敏度提供了良好实验平台。