Perpustakaan Digital ITB

Perkembangan satelit nano berstandar CubeSat membuka peluang pelaksanaan misi sains luar angkasa dengan biaya dan waktu pengembangan yang jauh lebih rendah daripada satelit konvensional. Salah satu muatan sains yang menjanjikan untuk platform tersebut adal ah sensor kuantum keadaan padat berbasis pusat nitrogen - vacancy (NV) pada intan, yang mampu bekerja pada suhu ruang tanpa sistem pendingin kriogenik. Informasi magnetik pada sensor tersebut diekstraksi melalui metode optically detected magnetic resonance (ODMR), yaitu dengan menyapu frekuensi gelombang mikro di sekitar frekuensi zero - field splitting 2,87 GHz sambil mengamati penurunan intensitas fluoresens merah yang dipancarkan intan. Penurunan tersebut hanya berorde beberapa persen sehingga menuntut subsistem pembacaan optoelektronik ( readout ) dan subsistem akuisisi tersemat ( embedded acquisition ) yang peka, ringkas, dan hemat daya agar sesuai dengan batasan ukuran, berat, dan daya ( Size, Weight, and Power ) pada CubeSat. Tugas akhir ini bertujuan merancang dan mengimplementasikan subsistem readout yang mengonversi fluoresens NV diamond menjadi tegangan dalam rentang kerja linier konverter analog - ke - digital, membangun subsistem embedded acquisition beralgoritma oversampling dan perataan untuk menekan variansi derau pada pengukuran tingkat milivolt, serta mengevaluasi respons fungsional dan batas deteksi sistem terintegrasi pada eksperimen ODMR continuous - wave untuk payload kuantum CubeSat 3U berbasis komponen Commercial Off - The - Shelf . Subsistem readout direalisasikan menggunakan fotodioda PIN BPW34 yang menerima fluoresens merah setelah difilter oleh filter kaca longpass 600 nm untuk menahan sisa cahaya laser eksitasi 532 nm. Arus foto yang berorde nanoampere dikonversi menjadi tegangan oleh pengondisi sinyal dua tahap berbasis penguat operasional TL082, yaitu tahap transimpedance amplifier dengan resistor umpan balik 1 M? dan tahap penguat pembalik dengan penguatan sekitar 47 kali. Subsistem embedded acquisition disusun dengan arsitektur master - slave , yaitu ESP32 DevKit V1 sebagai unit akuisisi data yang membaca ADC internal 12 bit dan menjalankan oversampling sebanyak 100 sampel per titik pada karakterisasi serta 10 sampel per titik pada sapuan cepat, serta Banana Pi M2+ sebagai komputer utama yang mengatur frekuensi pemancar, mengirimkan karakter trigger melalui ii komunikasi serial UART berlaju 115200 bit/s, menyimpan data, dan menerapkan filtrasi Savitzky-Golay. Pengujian dilakukan dengan membandingkan konfigurasi readout dengan dan tanpa penguat transimpedansi, serta dengan menyapu frekuensi gelombang mikro dari 2,67 sampai 3,07 GHz pada 16 titik frekuensi. Hasil pengujian menunjukkan bahwa konfigurasi dengan penguat transimpedansi menghasilkan tegangan keluaran rata - rata 0,495 sampai 0,499 V, sedangkan konfigurasi pasif tanpa penguatan hanya menghasilkan 0,054 sampai 0,115 V, yaitu peningkatan sekitar 4,3 sa mpai 9,2 kali sehingga titik kerja berada di dalam rentang linier konverter analog - ke - digital. Simpangan baku pembacaan tercatat sebesar 2,6 sampai 3,9 mV pada data mentah dan menurun menjadi 1,3 sampai 1,9 mV setelah perataan dan pemrosesan digital. Tiga kali sapuan terintegrasi terselesaikan dengan durasi sekitar 560 ms per sapuan, dengan anggaran waktu didominasi proses retuning pemancar sebesar 35 ms per titik, sedangkan jalur akuisisi hanya menyumbang sekitar 0,09 ms. Batas deteksi sistem terkuantifika si sebesar 7,8 sampai 11,7 mV, setara dengan kontras fluoresens sekitar 1,6 sampai 2,4%, yaitu berada pada orde yang sama dengan kontras ODMR continuous - wave yang dilaporkan pada sistem berbiaya rendah sejenis. Sistem juga berhasil mendemonstrasikan prinsip kerja ODMR melalui munculnya perubahan respons tegangan ketika eksitasi laser dan penyapuan gelombang mikro diberikan secara bersamaan. Penurunan respons y ang berulang teramati pada rentang 2,79 sampai 2,85 GHz, yaitu berdekatan dengan frekuensi zero - field splittin g teoretis sebesar 2,87 GHz, dengan pengujian ketiga memperlihatkan pola yang paling mendekati lembah tunggal. Hasil ini menunjukkan bahwa subsistem readout dan embedded acquisition yang dikembangkan telah berfungsi sebagai proof - of - concept payload kuantum berbasis NV diamond untuk CubeSat 3U, sekaligus mengidentifikasi perlunya peningkatan akurasi posisi resonansi melalui optimasi sistem optik, rantai gelombang mikro, dan implementasi rangkaian berbasis PCB pada penelitian selanjutnya.