近年来,随着物理研究的推进,以金刚石氮-空位（Nitrogen vacancy,NV）色心为代表的精密测量技术发展迅速,由于其良好的稳定性、较长的电子自旋相干时间、可被激光操纵和易集成性,使得基于NV色心的传感方式受到越来越多的关注,在磁场、温度、电场和角速度等物理量的传感领域展现出很好的应用前景。随着NV色心测量技术的应用,传感系统的高集成性、小型化和器件化成为了NV色心测量技术今后的发展趋势。本文对含有NV色心的纳米金刚石与光纤集成耦合技术进行了研究,主要包括纳米金刚石与光纤的耦合方式,荧光激发与收集,几何光学模拟验证,探针结构的优化和性能提升,并进行温度、磁场和湿度的全光学测量,进一步验证了探针的耦合集成性能。取得的主要研究成果如下:（1）提出并研制了一种基于多模光纤端面耦合纳米金刚石NV色心的传感探针,并对其进行了全光学温度传感测试。该探针基于光纤端面附着紫外（Ultraviolet,UV）固化胶纳米金刚石结构实现荧光信号高效激发与耦合,由于UV胶的热膨胀效应,探针具有较高的温度灵敏度,可对环境温度进行精确的测量。相较于光探测磁共振（Optically Detected Magnetic Resonance,ODMR）,全光学测量具有测量更加简单、快捷和低成本等优势。与传统的光纤耦合方式相比,这种光纤端面半球状薄膜的耦合方式具有制作方便,集成度更好和荧光收集效率更高等优势。（2）为了进一步简化光路,提高NV色心荧光收集效率,提出了纳米金刚石与双光纤结构的耦合方式。所研制的双光纤探针的荧光收集能力相较于单光纤半球薄膜耦合方式提升了大约30.7%,并且减少了光路中的光学元件,提升了系统集成性。接着将含有纳米金刚石的海藻酸钙水凝胶薄膜与双光纤探针进行结合,实现了环境湿度的全光学测量。实验结果表明:双光纤耦合探针结构对湿度的变化有很好的响应,基于NV色心荧光光谱的特性还具有自校准功能,解决了探针的温度串扰问题,进一步扩展了NV色心传感探针的应用范围。（3）基于激光诱导自写波导技术,提出了在光纤端面生长含有纳米金刚石锥型波导的耦合方式,这种耦合方式可进一步减小探针体积,实现在微小空间内的物理量测量。通过控制自写锥形波导的固化参数可以有效地控制锥形探头的形状,且相应地改变荧光信号的收集效率。波导腔的存在还可使得荧光信号发生谐振,在光谱中的特定波长位置也产生了明显的窄线宽的谐振峰。最后进行了全光学温度和磁场测量,通过对比谐振峰的强度变化来更精确的获得外部环境的温度和磁场信息。