本發(fā)明涉及信號探測領(lǐng)域，尤其涉及一種通過合成復(fù)頻波增強(qiáng)特征信號的方法。

背景技術(shù)：

1、傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)早期疾病診斷、個性化醫(yī)療和快速檢測有毒物質(zhì)，在環(huán)境監(jiān)測、食品安全和公共衛(wèi)生方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。然而，有效檢測生物分子濃度極低的樣品仍然是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)?；诘入x激元納米結(jié)構(gòu)，特別是石墨烯等離激元的表面增強(qiáng)紅外吸收(seira)已成為提高生物傳感器靈敏度的有效方法。雖然基于石墨烯等離激元的seira具有超高靈敏度和主動可調(diào)性等優(yōu)勢。然而，固有的分子阻尼減少了振動模式和等離激元之間的相互作用。結(jié)果，在較低的濃度下，等離激元增強(qiáng)的分子信號的光譜變得更微弱并且更寬，并最終被噪聲所掩蓋。

2、為了補(bǔ)償分子阻尼，一種方法是添加光學(xué)增益材料。但它需要復(fù)雜的設(shè)置，可能與檢測系統(tǒng)不兼容。此外，增益材料通常會帶來不穩(wěn)定性和額外的噪聲。因此，需要一種簡單且有效的補(bǔ)償分子阻尼的方法來增強(qiáng)分子探測。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，本發(fā)明提出一種通過合成復(fù)頻波增強(qiáng)特征信號的方法，包括：

2、基于譜學(xué)信號的測量結(jié)果獲得實(shí)頻率響應(yīng)；

3、選擇復(fù)頻率，使其能夠至少部分補(bǔ)償由于損耗導(dǎo)致的譜線展寬；

4、基于多個實(shí)頻率響應(yīng)和所述復(fù)頻率獲得復(fù)頻率響應(yīng)以增強(qiáng)特征信號。

5、在一個實(shí)施例中，基于多個實(shí)頻率響應(yīng)和所述復(fù)頻率獲得復(fù)頻率響應(yīng)以增強(qiáng)特征信號的步驟包括通過以下公式計(jì)算復(fù)頻率響應(yīng)：

6、

7、其中，f(ωn)為實(shí)頻率響應(yīng)；為復(fù)頻率響應(yīng)；ωn為譜學(xué)信號的測量結(jié)果的頻率，n為正整數(shù)；為復(fù)頻率；t0為時間；δω為頻率ωn的間隔頻率。

8、在一個實(shí)施例中，所述譜學(xué)信號的測量結(jié)果為基于分子的光學(xué)探測的測量結(jié)果，并且所述復(fù)頻率被選擇為能夠至少部分補(bǔ)償由于分子層的分子阻尼振動而導(dǎo)致的損耗。

9、在一個實(shí)施例中，所述實(shí)頻率響應(yīng)在頻率趨向于無窮時趨向于0。

10、在一個實(shí)施例中，所述方法還包括：

11、在基于譜學(xué)信號的測量結(jié)果獲得實(shí)頻率響應(yīng)之前，構(gòu)建實(shí)頻率響應(yīng)，使得所述實(shí)頻率響應(yīng)在頻率趨向于無窮時趨向于0；

12、在基于多個實(shí)頻率響應(yīng)和所述復(fù)頻率獲得復(fù)頻率響應(yīng)以增強(qiáng)特征信號中，還包括基于多個實(shí)頻率響應(yīng)獲得中間復(fù)頻率響應(yīng)，以及基于所述中間復(fù)頻率響應(yīng)獲得復(fù)頻率響應(yīng)。

13、在一個實(shí)施例中，所述復(fù)頻率響應(yīng)為消光所述實(shí)頻率響應(yīng)為中間物理量p(ω)，

14、

15、

16、其中，tm(ω)為透射系數(shù)，為中間復(fù)頻率響應(yīng)。

17、在一個實(shí)施例中，復(fù)頻率ω為當(dāng)前頻率，τ為衰減系數(shù)，τ大于零且被選擇為能夠使得分子層的介電常數(shù)為純實(shí)值。

18、在一個實(shí)施例中，所述實(shí)頻率響應(yīng)包括幅度信息和相位信息。

19、在一個實(shí)施例中，所述方法還包括：

20、通過克拉莫-克若尼關(guān)系基于所述幅度信息來計(jì)算所述相位信息。

21、在一個實(shí)施例中，時間t0的長度使得所述復(fù)頻率響應(yīng)能夠進(jìn)入復(fù)頻率準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)。

22、本發(fā)明還提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上包含有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序能夠被處理器執(zhí)行以實(shí)現(xiàn)上述方法的步驟。

23、本發(fā)明還提供一種電子設(shè)備，包括：

24、一個或多個處理器；以及

25、存儲器，用于存儲一個或多個可執(zhí)行指令；

26、所述一個或多個處理器被配置為經(jīng)由執(zhí)行所述一個或多個可執(zhí)行指令以實(shí)現(xiàn)上述方法的步驟。

27、本發(fā)明的通過合成復(fù)頻波增強(qiáng)特征信號的方法可以應(yīng)用于任何領(lǐng)域，以增強(qiáng)譜學(xué)信號的特征信號。本發(fā)明的通過合成復(fù)頻波增強(qiáng)分子探測的方法，通過多個實(shí)頻波的相干組合合成復(fù)頻波，能夠降低分子阻尼，顯著增強(qiáng)極低濃度下的分子信號。實(shí)驗(yàn)表明，合成復(fù)頻波可以在低濃度下將分子信號放大高達(dá)15倍，從而提高各種生物傳感器的靈敏度并實(shí)現(xiàn)生物分子的定量檢測。本發(fā)明的通過合成復(fù)頻波增強(qiáng)分子探測的方法具有高度可擴(kuò)展性，可以促進(jìn)光與物質(zhì)相互作用的研究，在光譜學(xué)、傳感、超表面和光電子學(xué)等領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用。

技術(shù)特征：

1.一種通過合成復(fù)頻波增強(qiáng)特征信號的方法，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過合成復(fù)頻波增強(qiáng)特征信號的方法，其中，基于多個實(shí)頻率響應(yīng)和所述復(fù)頻率獲得復(fù)頻率響應(yīng)以增強(qiáng)特征信號的步驟包括通過以下公式計(jì)算復(fù)頻率響應(yīng)：

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的通過合成復(fù)頻波增強(qiáng)特征信號的方法，其中，所述譜學(xué)信號的測量結(jié)果為基于分子的光學(xué)探測的測量結(jié)果，并且所述復(fù)頻率被選擇為能夠至少部分補(bǔ)償由于分子層的分子阻尼振動而導(dǎo)致的損耗。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的通過合成復(fù)頻波增強(qiáng)特征信號的方法，其中，所述實(shí)頻率響應(yīng)在頻率趨向于無窮時趨向于0。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的通過合成復(fù)頻波增強(qiáng)特征信號的方法，其中，所述方法還包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的通過合成復(fù)頻波增強(qiáng)特征信號的方法，其中，所述復(fù)頻率響應(yīng)為消光所述實(shí)頻率響應(yīng)為中間物理量p(ω)，

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的通過合成復(fù)頻波增強(qiáng)特征信號的方法，其中，復(fù)頻率ω為當(dāng)前頻率，τ為衰減系數(shù)，τ大于零且被選擇為能夠使得分子層的介電常數(shù)為純實(shí)值。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的通過合成復(fù)頻波增強(qiáng)特征信號的方法，其中，所述實(shí)頻率響應(yīng)包括幅度信息和相位信息。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的通過合成復(fù)頻波增強(qiáng)特征信號的方法，其中，所述方法還包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的通過合成復(fù)頻波增強(qiáng)特征信號的方法，其中，

11.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其特征在于，其上包含有計(jì)算機(jī)程序或軟件，所述計(jì)算機(jī)程序能夠被處理器執(zhí)行以實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-10之一所述方法的步驟。

12.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
提供一種通過合成復(fù)頻波增強(qiáng)特征信號的方法，包括：基于譜學(xué)信號的測量結(jié)果獲得實(shí)頻率響應(yīng)；選擇復(fù)頻率，使其能夠至少部分補(bǔ)償由于損耗導(dǎo)致的譜線展寬；基于多個實(shí)頻率響應(yīng)和所述復(fù)頻率獲得復(fù)頻率響應(yīng)以增強(qiáng)特征信號。

技術(shù)研發(fā)人員：張霜,管福鑫,曾可博,戴慶,郭相東
受保護(hù)的技術(shù)使用者：香港大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9