作为这个世界上最坚硬的材料,金刚石一直都是科学研究的重点对象。其中,金刚石中的氮-空位（nitrogen-vacancy,NV）色心在可见光范围内具有明亮的宽带荧光,使其具备了作为可调谐激光器增益介质的潜力。此外,NV色心因为在室温下具有自旋可操控特性,所以在量子传感领域中尤其是磁场探测方面也备受人们的青睐。本论文针对NV色心在激光放大以及量子磁传感方面的应用展开了实验研究,实现了NV色心宽波段的激光放大以及高功率激发条件下的NV色心系综磁共振测量,发展了利用激光放大信号进行磁场探测的新型NV色心磁传感方法。本论文中选取了NV色心荧光光谱范围内四个不同波长（636.2 nm,656.1nm,684.4 nm和726.6 nm）的激光器光源作为种子光,在532 nm的绿光泵浦下,实现了NV色心在多个波长上的激光放大,获得了不同波长下的放大效率与抽运光和种子光强度之间的关系。进一步优化各波长的激发条件和实验光路,在泵浦光功率为3.6 W,种子光功率为400μW,波长为726.6 nm处取得最佳激光放大效果,最高放大因子为1.56,为实现可见光范围基于NV色心的宽波段激光放大提供了方案。通过高功率激发NV色心光学可探测磁共振（optical detected magnetic resonance,ODMR）测量技术,在保证高对比度的同时,提升了信号采集的信噪比,将共振频率扫描次数减少到1轮,从而大幅缩短磁场探测的时间,实现了高灵敏快速ODMR测量,获得了ODMR对比度和中心频率与激发光功率之间的关系。在额外施加空间磁场的情况下,根据ODMR谱线的劈裂,推算空间磁场在NV色心三个取向êNV1,êNV2,êNV3上的磁场强度B1,B2,B3及它们之间相对的极化角θ1,θ2,θ3。,实现利用NV色心高速测量并还原了空间磁场矢量。结合NV色心激光放大和量子磁探测技术,实现了以NV色心的激光放大信号代替荧光信号作为NV色心磁场传感的读出信号,提高了读出信号的收集效率和光束传播质量,在入射种子光波长为726.6 nm的情况下,观测到NV色心激光放大信号强度因磁场的作用下降了1%,为利用NV色心实现远程磁场传感奠定了实验基础。