单光子源是许多可扩展量子信息科技中的基础,可用于量子计算机、量子精密测量以及量子保密通讯等方面。金刚石色心是金刚石内杂质与晶格空穴的特定构型组合,是一种可以吸收可见光的常见点缺陷,单个金刚石色心输出光稳定,没有光漂白及光闪烁现象,可以用作单光子源。目前制备金刚石色心主要有电子束辐照法、离子注入法、化学气相沉积法等,其中离子注入退火法以其高精度的优势成为制备色心最常用的方法,但是离子注入引入掺杂原子及空位时,会对晶格造成损伤。目前低能离子注入形成色心的产率很低（<1%¹0%）,并且单个色心产生的随机性大、可控性及重复性差,其相关制备方法及工艺还需进一步深入地研究,相关基础研究工作迫在眉睫。本文借助分子动力学方法和实验手段,对离子注入结合退火法制备金刚石色心的过程开展了基础性研究,基于LAMMPS建立了硅离子轰击金刚石及退火热处理的MD模型,模拟了硅空位色心制备工艺中注入及退火两个核心关键过程,综合利用多种数据分析方法,分析了模型中的损伤、空位等点缺陷、硅原子以及形成色心相关缺陷的变化规律。主要研究内容如下:（1）针对硅离子注入后的金刚石退火模型中,基于Wigner-Seitz方法统计出的空位数目不稳定的问题,优化了LAMMPS的NPT命令参数,发现pdamp阻尼参数对退火过程中空位的稳定输出影响最大,经过参数优化实现了特征缺陷数值的稳定可靠输出。（2）对比分析了硅离子注入能量、角度及退火温度等参数对轰击、退火后的损伤、空位的影响规律。基于金刚石结构判别法、温度和径向分布函数,揭示了离子注入过程中自退火晶格修复现象,以及退火过程中损伤和空位的动态修复过程。（3）基于硅空位色心的结构特点,编写Python代码实现了在大范围样品损伤中,快速准确识别硅空位色心及其相关缺陷的算法。提出了硅空位色心及相关缺陷结构的分析策略,对退火前后硅原子及双空位V₂,硅单空位（Si-V）等缺陷进行了对比研究和分析。（4）实验研究了基于聚焦镓离子束注入Ib金刚石并退火的方法,通过荧光光谱表征分析,成功制备得到氮空位色心结构。同时对采用硅离子注入IIa金刚石并退火制备硅空位色心的工艺过程进行了初步探索研究。