近些年来,量子信息技术作为新兴技术发展迅猛,对于能充分应用于量子计算、量子传感、量子通信的金刚石缺陷色心的研究也日益增多。金刚石色心的线宽较窄,不同金刚石色心的荧光波长也大不相同。通过实验测得的金刚石色心拥有较短的激发态寿命,光学特性稳定,尺寸微小,与生物具有高相容性,已成功应用于量子保密通讯、量子高灵敏度测量等方面。为了最大限度地开发和利用金刚石色心,寻找新的符合优质量子信息技术应用的金刚石色心以及开发金刚石色心的电子结构和光学性质尤为重要。金刚石色心的研究为量子信息技术的应用提供了基础支撑,研究金刚石色心成为了量子信息技术的一项重要突破。本文采用第一性原理计算方法,研究了金刚石锗空位缺陷的结构及其电子结构、光学性质。建立了锗原子位于替代位和双空位中心的结构模型,明确其稳定结构为锗原子位于双空位中心。对稳定结构进行电荷密度、差分电荷密度分析,结果表明锗原子稳定存在于体系内部,并且锗原子与金刚石内部近邻的六个碳原子成键。分析金刚石锗空位色心的能带和能级结构,可知金刚石锗色心的能带结构为P型半导体,并且发现了在P型半导体中,同主族掺杂会导致杂质能带下沉至价带。金刚石锗空位色心为三能级结构,零声子线为614nm,其荧光波长位于可见光范围之内。为了进一步探究金刚石锗空位色心性质的影响因素,本文充分考虑金刚石锗空位色心形成时的环境诱导变量,探究在变量的影响下金刚石锗空位色心是否具有更加优良的性质,以应用于实际生产当中。本文将空位数和掺氮数作为变量,充分研究了空位数和掺氮数变化情况下对锗空位色心的影响,并计算了最优构型的电子结构,发现氮元素为锗空位色心的有利掺杂,且氮元素的掺入优化了锗空位色心的能带以及能级结构,优化后的零声子线为426nm,位于可见光范围之内。采用第一性原理探究了金刚石及金刚石锗空位色心的光学性质。计算得到金刚石的折射率约为2.38,与实验值吻合。当光子能量为0时,金刚石的反射率为0.175,能量损耗系数在光子能量为30eV时达到峰值。金刚石锗空位色心的折射率约为5.7,较金刚石的折射率偏大。当光子能量为0时,GeV色心的反射率约为0.6,GeV色心的能量损耗在光子能量为30eV时达到峰值。