微弱信號(hào)顯微鏡，助力新型傳感器避開噪聲干擾

寂靜天花板

加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究人員研發(fā)出了一種可以有效檢測(cè)瞬時(shí)微弱信號(hào)的檢測(cè)儀，該儀器在信號(hào)領(lǐng)域具有顯微鏡的作用。目前，該項(xiàng)研究成果已經(jīng)發(fā)表在 今年12月份的Science雜志上。該項(xiàng)研究成果為高靈敏度接收器以及檢測(cè)非重復(fù)瞬態(tài)微弱信號(hào)實(shí)驗(yàn)裝置的進(jìn)一步研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。未來，該項(xiàng)技術(shù)可能在聲 學(xué)傳感、安全通信、電子戰(zhàn)、遙感、天文學(xué)和光譜分析中都會(huì)發(fā)揮重大作用。
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$ w  |* ~3 K2 B, T; C. e在 自然科學(xué)和通信領(lǐng)域中，有些信號(hào)隨機(jī)出現(xiàn)，且可能只發(fā)生一次，例如分子在自發(fā)衰減過程中，會(huì)激發(fā)出一個(gè)微弱的附帶噪聲的信號(hào)，捕捉此類信號(hào)一直是一個(gè)國(guó)際 難題。利用傳統(tǒng)的方法和器件常常難以檢測(cè)，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的檢測(cè)方法有兩個(gè)限制，一是接收器的采樣間隔要遠(yuǎn)大于瞬態(tài)信號(hào)的持續(xù)時(shí)間，二是需要進(jìn)行多次測(cè)量。所 以，傳統(tǒng)方法從理論上不能檢測(cè)到隨機(jī)瞬態(tài)的偶發(fā)信號(hào)。
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- |" B& s# l& u0 N為 了克服傳統(tǒng)檢測(cè)方法的局限性，加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究人員研發(fā)出了一種頻譜克隆接收器，它通過復(fù)制接收噪聲信號(hào)，并產(chǎn)生多個(gè)噪聲信號(hào)的頻譜副本，然后 將這些頻譜副本進(jìn)行有效組合處理，來實(shí)現(xiàn)在噪聲中檢測(cè)微弱信號(hào)的目的。因此研發(fā)出的新型接收器理論上可以檢測(cè)到從前無法撲捉到的非重復(fù)瞬態(tài)信號(hào)。

在 Science雜志上，研究人員表示，他們研發(fā)的譜克隆接收器最適合領(lǐng)域是安全通信領(lǐng)域。如果采用新型接收器，只要發(fā)送端發(fā)送單個(gè)脈沖信號(hào)就可以被新型檢 測(cè)器接收到，而傳統(tǒng)的檢測(cè)方法是無法對(duì)該類信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的。并且，新型接收器可以用于遠(yuǎn)距離通信。以往，由于隨著距離的增加，通信信號(hào)會(huì)被淹沒在噪聲信號(hào) 中，因此傳統(tǒng)檢測(cè)器無法檢測(cè)到該信號(hào)。而新型接收器具有更高的靈敏度，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)微弱信號(hào)的檢測(cè)。
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新型譜克隆接收器可以認(rèn)為是一個(gè)“瞬態(tài)信號(hào)顯微鏡”，它能突顯出噪聲和信號(hào)的區(qū)別，能夠在較大的時(shí)間間隔內(nèi)檢測(cè)到微弱的瞬態(tài)信號(hào)。譜克隆接收器通過可調(diào)光頻 率梳狀器對(duì)同一個(gè)快速脈沖信號(hào)創(chuàng)建多個(gè)頻譜，進(jìn)而從這些頻譜中提取出信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行重建。其中，新型譜克隆接收器的靈敏度取決于頻譜克隆的個(gè)數(shù)。
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在聲學(xué)領(lǐng)域，經(jīng)常會(huì)涉及到微弱信號(hào)檢測(cè)問題，如超聲探傷、超聲檢測(cè)、低信噪比下語音信號(hào)提取、聲波通信、聲納探測(cè)、水下安全通信等。如果能將該新型接收器技術(shù)引入到聲學(xué)傳感器件領(lǐng)域，相信會(huì)為聲學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的許多技術(shù)難題攻關(guān)，帶來突破性的進(jìn)展。
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