Design of a low noise amplifier for temperature measurements in LISA

LISA (acronym that stands for Laser Interferometer Space Antenna) is a European Space Agency mission that aims to construct the most sensitive gravitational wave detector to date in space. In order to achieve this hitherto impossible level of precision, numerous new engineering challenges must be tackled to take into account effects that in previous systems could simply be neglected, all while taking into account the additional challenges that being in space entails (the need for ultra-high reliability and the always present radiation environment). One of the most important parameters that must accurately be measured and controlled is the temperature inside the chamber of the test masses. Minute variations in this temperature can lead to signals that add to the background noise of the detector and could even be detected as false events. In this thesis, the design of a low noise, ultra-stable, space-qualified amplifier for precision thermometry aboard LISA is designed. It's requirements are discussed and evaluated, a general architecture is decided and explained, and detailed noise and stability performance are calculated. Afterwards, a prototype is constructed and it's general parameters are verified. Finally, it's noise performance is studied in detail using a custom made measuring set-up.
LISA (acrónimo de Laser Interferometer Space Antenna) es una misión de la Agencia Espacial Europea que tiene como objetivo construir el detector de ondas gravitacionales más sensible hasta la fecha en el espacio. Para lograr este, hasta ahora imposible, nivel de precisión, se deben abordar numerosos nuevos desafíos de ingeniería para tener en cuenta efectos que en sistemas anteriores podían simplemente ignorarse, al mismo tiempo que se debe tener en cuenta los desafíos adicionales que implica estar en el espacio (la necesidad de ultra alta confiabilidad y el siempre presente entorno de radiación). Uno de los parámetros más importantes que deben medirse y controlarse con precisión es la temperatura dentro de la cámara de las masas de prueba. Mínimas variaciones de esta temperatura pueden generar señales que se suman al ruido de fondo del detector e incluso podrían ser detectadas como eventos falsos. En esta tesis se diseña un amplificador de bajo ruido, ultra-estable y calificado para uso espacial para termometría de precisión a bordo de LISA. Se discuten y evalúan sus requisitos, se decide y explica su arquitectura general y se calculan detalladamente el rendimiento de ruido y estabilidad. Posteriormente se construye un prototipo y se verifican sus parámetros generales. Finalmente, su nivel de ruido es estudiado en detalle mediante una configuración de medición personalizada.
LISA (acrònim de Laser Interferometer Space Antenna) és una missió de l'Agència Espacial Europea que té com a objectiu construir el detector d'ones gravitacionals més sensible de la història a l'espai. Per aconseguir aquest, fins ara impossible, nivell de precisió, s'han d'abordar nombrosos nous desafiaments d'enginyeria per tenir en compte efectes que en sistemes anteriors podien simplement ignorar-se, alhora que s'han de tenir en compte els desafiaments addicionals que implica que tot el sistema estigui a l'espai (la necessitat d'ultra alta confiança i el sempre present entorn de radiació). Un dels paràmetres més importants que cal mesurar i controlar amb precisió és la temperatura dins de la cambra de les masses de prova. Mínimes variacions d'aquesta temperatura poden generar senyals que se sumen al soroll de fons del detector i fins i tot podrien ser detectats com a esdeveniments falsos. En aquesta tesi es dissenya un amplificador de baix soroll, ultraestable i qualificat per a ús espacial per a termometria de precisió a bord de LISA. Se'n discuteixen i avaluen els requisits, es decideixen i expliquen la seva arquitectura general i es calculen detalladament el rendiment de soroll i estabilitat. Posteriorment es construeix un prototip i se'n verifiquen els paràmetres generals. Finalment, el seu nivell de soroll és estudiat detalladament mitjançant una configuració de mesurament personalitzat.