系综金刚石氮空位色心（Nitrogen vacancy,NV）磁传感技术是一种基于金刚石氮空位色心的光致发光特性以及自旋磁共振特性而发展出来的量子磁传感技术。由于其灵敏度高、容易集成、空间分辨率高、生物相容性高等优势,作为新一代量子磁传感平台已成为研究的热点。本文通过研究NV色心的物理性质以及其磁传感机理,研究与分析了磁灵敏度优化的几个关键因素。针对灵敏度优化的问题提出了脉冲ODMR优化与多频微波全轴激发优化的方法,根据实验需求搭建了光学实验平台,通过实验证明了本研究对磁检测灵敏度提升的可行性。本文主要研究内容如下:（1）详细阐述了NV色心的结构、性质、磁传感机理等,通过分析光探测磁共振法、拉姆齐时序法以及自旋回波法的磁场检测原理,得到了提升灵敏度的几个关键因素。（2）自主搭建了激光共聚焦实验系统,其中主要包括光路系统,均匀微波场系统,三轴磁场系统以及信号采集与上位机主体控制程序等,并对光路搭建、控制序列等进行优化。（3）研究了微波功率与激光功率对灵敏度的影响,优化两者达到最佳匹配水平从而提升系统灵敏度,并利用脉冲ODMR抑制谱线展宽进一步优化系统灵敏度,最终优化后的脉冲ODMR灵敏度提升了2.88倍,达到了0.25 nT/Hz1/2。（4）利用一种双频微波进行全轴激发的方法,解决了单轴传感自旋数目低、荧光背景噪声大等问题。利用双频微波进行叠加实现全部轴向NV色心的同步调控,实验结果表明,荧光对比度较单轴测量提高了3倍左右,系统灵敏度提升了约14.3倍,达到了0.76 nT/Hz1/2,验证了全轴激发对提升系统磁灵敏度的可行性。