通过合成复频波增强特征信号的方法

本发明涉及信号探测领域，尤其涉及一种通过合成复频波增强特征信号的方法。

背景技术：

1、传感器能够实现早期疾病诊断、个性化医疗和快速检测有毒物质，在环境监测、食品安全和公共卫生方面发挥着至关重要的作用。然而，有效检测生物分子浓度极低的样品仍然是一项重大挑战。基于等离激元纳米结构，特别是石墨烯等离激元的表面增强红外吸收(seira)已成为提高生物传感器灵敏度的有效方法。虽然基于石墨烯等离激元的seira具有超高灵敏度和主动可调性等优势。然而，固有的分子阻尼减少了振动模式和等离激元之间的相互作用。结果，在较低的浓度下，等离激元增强的分子信号的光谱变得更微弱并且更宽，并最终被噪声所掩盖。

2、为了补偿分子阻尼，一种方法是添加光学增益材料。但它需要复杂的设置，可能与检测系统不兼容。此外，增益材料通常会带来不稳定性和额外的噪声。因此，需要一种简单且有效的补偿分子阻尼的方法来增强分子探测。

技术实现思路

1、基于现有技术的上述问题，本发明提出一种通过合成复频波增强特征信号的方法，包括：

2、基于谱学信号的测量结果获得实频率响应；

3、选择复频率，使其能够至少部分补偿由于损耗导致的谱线展宽；

4、基于多个实频率响应和所述复频率获得复频率响应以增强特征信号。

5、在一个实施例中，基于多个实频率响应和所述复频率获得复频率响应以增强特征信号的步骤包括通过以下公式计算复频率响应：

6、

7、其中，f(ωn)为实频率响应；为复频率响应；ωn为谱学信号的测量结果的频率，n为正整数；为复频率；t0为时间；δω为频率ωn的间隔频率。

8、在一个实施例中，所述谱学信号的测量结果为基于分子的光学探测的测量结果，并且所述复频率被选择为能够至少部分补偿由于分子层的分子阻尼振动而导致的损耗。

9、在一个实施例中，所述实频率响应在频率趋向于无穷时趋向于0。

10、在一个实施例中，所述方法还包括：

11、在基于谱学信号的测量结果获得实频率响应之前，构建实频率响应，使得所述实频率响应在频率趋向于无穷时趋向于0；

12、在基于多个实频率响应和所述复频率获得复频率响应以增强特征信号中，还包括基于多个实频率响应获得中间复频率响应，以及基于所述中间复频率响应获得复频率响应。

13、在一个实施例中，所述复频率响应为消光所述实频率响应为中间物理量p(ω)，

14、

15、

16、其中，tm(ω)为透射系数，为中间复频率响应。

17、在一个实施例中，复频率ω为当前频率，τ为衰减系数，τ大于零且被选择为能够使得分子层的介电常数为纯实值。

18、在一个实施例中，所述实频率响应包括幅度信息和相位信息。

19、在一个实施例中，所述方法还包括：

20、通过克拉莫-克若尼关系基于所述幅度信息来计算所述相位信息。

21、在一个实施例中，时间t0的长度使得所述复频率响应能够进入复频率准稳态。

22、本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上包含有计算机程序，所述计算机程序能够被处理器执行以实现上述方法的步骤。

23、本发明还提供一种电子设备，包括：

24、一个或多个处理器；以及

25、存储器，用于存储一个或多个可执行指令；

26、所述一个或多个处理器被配置为经由执行所述一个或多个可执行指令以实现上述方法的步骤。

27、本发明的通过合成复频波增强特征信号的方法可以应用于任何领域，以增强谱学信号的特征信号。本发明的通过合成复频波增强分子探测的方法，通过多个实频波的相干组合合成复频波，能够降低分子阻尼，显著增强极低浓度下的分子信号。实验表明，合成复频波可以在低浓度下将分子信号放大高达15倍，从而提高各种生物传感器的灵敏度并实现生物分子的定量检测。本发明的通过合成复频波增强分子探测的方法具有高度可扩展性，可以促进光与物质相互作用的研究，在光谱学、传感、超表面和光电子学等领域具有潜在应用。

技术特征：

1.一种通过合成复频波增强特征信号的方法，包括：

2.根据权利要求1所述的通过合成复频波增强特征信号的方法，其中，基于多个实频率响应和所述复频率获得复频率响应以增强特征信号的步骤包括通过以下公式计算复频率响应：

3.根据权利要求1或2所述的通过合成复频波增强特征信号的方法，其中，所述谱学信号的测量结果为基于分子的光学探测的测量结果，并且所述复频率被选择为能够至少部分补偿由于分子层的分子阻尼振动而导致的损耗。

4.根据权利要求3所述的通过合成复频波增强特征信号的方法，其中，所述实频率响应在频率趋向于无穷时趋向于0。

5.根据权利要求3所述的通过合成复频波增强特征信号的方法，其中，所述方法还包括：

6.根据权利要求5所述的通过合成复频波增强特征信号的方法，其中，所述复频率响应为消光所述实频率响应为中间物理量p(ω)，

7.根据权利要求3所述的通过合成复频波增强特征信号的方法，其中，复频率ω为当前频率，τ为衰减系数，τ大于零且被选择为能够使得分子层的介电常数为纯实值。

8.根据权利要求3所述的通过合成复频波增强特征信号的方法，其中，所述实频率响应包括幅度信息和相位信息。

9.根据权利要求8所述的通过合成复频波增强特征信号的方法，其中，所述方法还包括：

10.根据权利要求2所述的通过合成复频波增强特征信号的方法，其中，

11.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上包含有计算机程序或软件，所述计算机程序能够被处理器执行以实现权利要求1-10之一所述方法的步骤。

12.一种电子设备，其特征在于，包括：

技术总结
提供一种通过合成复频波增强特征信号的方法，包括：基于谱学信号的测量结果获得实频率响应；选择复频率，使其能够至少部分补偿由于损耗导致的谱线展宽；基于多个实频率响应和所述复频率获得复频率响应以增强特征信号。

技术研发人员：张霜,管福鑫,曾可博,戴庆,郭相东
受保护的技术使用者：香港大学
技术研发日：
技术公布日：2025/1/9