NV(Nitrogen-Vacancy)色心是金刚石多种发光缺陷中的一种点缺陷结构。NV色心具备稳定的光学特性,是一种性能良好的单光子源,在室温下有较长的自旋相干寿命,被广泛应用于生物荧光标记与量子精密测量。面向芯片表面微波磁场高分辨测量要求,本文研究基于光纤金刚石NV色心的微波磁场测量方法,实现了对天线与微波芯片(Monolithic Microwave Integrated Circuits,MMIC)等微波器件表面微波磁场的高分辨测量与成像。这一方法对于芯片级电磁兼容与芯片失效分析具有重要的意义。论文的主要研究内容如下:1、研制了一种基于锥形光纤的微米级金刚石NV色心探头。采用锥形光纤提高了激光激发效率和荧光收集效率,实现了在锥形光纤末端固定单个微米金刚石晶体的可控制备;2、提出了一种脉冲副载波调制方法,攻克了激光脉冲控制和量子态操纵的微波脉冲控制同步的关键技术,大幅提高测量信噪比和测量实时性,微波磁场灵敏度达到5n T/√Hz。测量了小型螺旋天线轴线上的微波磁场分布,和HFSS仿真结果一致性良好,验证了光纤金刚石微波磁场探头的测量精度。3、实现了对平面天线和MMIC芯片的表面微波磁场高分辨测量。和现有最先进的表面扫描法对比测试结果表明,光纤金刚石探头可以贴近芯片表面测量微波磁场,并且成像分辨率达到微米尺寸,成像结果直接反应了芯片的布线和电流分布。本论文提出了一种基于光纤金刚石NV色心的微波磁场量子精密测量方法,具有干扰小、分辨率高、灵敏度高和量子标定的特点。对芯片测试验证、芯片电磁兼容测试和芯片失效分析有重要意义。