Rauschsqueezing aus einer einzigen Antiresonanz auslesen

Wer bestimmen will, wie weit ein getriebener nichtlinearer Resonator seine eigene thermische Bewegung gequetscht hat, nimmt eine Reihe von Seitenbandspektren auf, während ein Sondenton über das Band geschoben wird. EP 4 389 308 B1 schützt eine Sondensignal-Auslegung, die dieselbe Ablesung aus einer einzigen Aufnahme liefert.

• Präzisionsmesstechnik
• Entwicklung nanomechanischer und mikroelektromechanischer Resonatoren
• Herstellung von Membranresonatoren
• universitäre Physikgruppen, die getriebene Resonatoren charakterisieren.

Angebot: Forschungs- und Entwicklungszusammenarbeit. Danach: befristete Evaluierung; Auftragsforschung; Lizenz.

Ein getriebener nichtlinearer mechanischer Resonator verteilt sein eigenes ther-misches Rauschen um: zwischen den Quadraturen, zwei konjugierten Anteilen seiner Bewegung — in der einen gequetscht, in der anderen gedehnt. Der Reso-nator läuft ohnehin; ein Messgerät liest, was aus ihm herauskommt. Ein der Ansteuerung hinzugefügter Sondenton erzeugt Seitenbänder im Abstand der Sondenfrequenz neben der Ansteuerlinie, der Linie der Ansteuerfrequenz f_d. 

Schiebt man ihn über das Band, zeigen die überlagerten Spektren auf der nieder-frequenten Seite dieser Linie einen Einbruch, die Antiresonanz. Die Lage dieser Antiresonanz ist die gemessene Größe. Dass die Frequenz einer einzelnen Anti-resonanz misst, wie weit das Rauschen gequetscht ist, ist veröffentlichte Physik.

Je näher die Antiresonanz an der Ansteuerlinie liegt, desto stärker das Squeezing; das gilt ausschließlich auf dem oberen Ast der Duffing-Kennlinie, dem Zweig grö-ßerer Amplitude. Die Antiresonanz liegt nie näher an der Ansteuerlinie als die Linienbreite, für das veröffentlichte Bauteil Γ/2π = 13,5 Hz. Die veröffentlichte Herleitung ist von erster Ordnung in der Sondenamplitude; das Sondensignal muss also schwach genug bleiben, damit sie trägt.

Das Ablesen der Antiresonanzfrequenz ist selbst veröffentlicht — 2021, unter Beteiligung der Erfinder — und Anspruch 1 räumt diese Ablesung in seinem Oberbegriff als vorbekannt ein. Was Anspruch 1 hinzufügt, ist die Auslegung des Sondensignals.

Der veröffentlichte Weg lässt einen einzelnen Sondenton über das Band wan-dern, eine Aufnahme je Frequenz — in der veröffentlichten Messung der Anti-resonanz rund hundert aufeinanderfolgende Aufnahmen für eine Ablesung. 

Das beanspruchte Sondensignal trägt viele Töne zugleich. Nach der Beschreibung des Patents soll es die Antiresonanz als einzelnen Einbruch aus einer einzigen Aufnahme ablesbar machen. Der abhängige Anspruch 4 legt zusätzlich fest, dass die-ses Sondensignal während der Ablesung unverändert bleibt — der geschobene Sondenton wird dagegen Schritt für Schritt verändert.

Was gemessen wurde

Das Patent ist erteilt; der experimentelle Machbarkeitsnachweis betrifft die Ablesung über die Antiresonanz. Gemessen, mit einem einzelnen über das Band geschobenen Sondenton, an einem einzigen Siliziumnitrid-Membranresonator, 2021 begutachtet veröffentlicht:

• Membran von etwa 0,5 × 0,5 mm², rund 500 nm dick, im Vakuum bei 10⁻⁶ mbar, Raumtemperatur;
• Grundmode der Biegeschwingung bei f₀ ≈ 250,85 kHz, Linienbreite Γ/2π = 13,5 Hz;
• Ansteuerung unter anderem bei f_d = 251 kHz, Sondenton unter 1 kHz, Seitenbandspektrum als Leistung über dem Abstand von der Ansteuerlinie;
• Antiresonanzfrequenz bei mehreren Ansteuerbedingungen bestimmt, jeweils mit Fehlerbalken ±10 Hz.

Yang F., Fu M., Bosnjak B., Blick R. H., Jiang Y., Scheer E., Mechanically Modulated Sideband and Squeezing Effects of Membrane Resonators, Phys. Rev. Lett. 127, 184301 (2021), doi:10.1103/PhysRevLett.127.184301. Frei zugänglich als arXiv:2107.10355.

EP 4 389 308 B1, erteilt am 4. Februar 2026. In Kraft als europäisches Patent mit einheitlicher Wirkung in den 18 teilnehmenden Mitgliedstaaten sowie als nationale Teile in der Schweiz/Liechtenstein und im Vereinigten Königreich. Ein-undzwanzig Hoheitsgebiete sind als in Kraft verzeichnet. Die Patentfamilie hat kein Mitglied außerhalb Europas. Eine deutsche nationale Anmeldung läuft paral-lel. Inhaberin: Universität Konstanz.