扫描速度对于太赫兹时域光谱系统信号品质的影响

第３２卷，第５期　２　０　１　２年５月　光谱学与光谱分析　Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ　ａｎｄ　Ｓｐｅｃｔｒａｌ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　Ｖｏ１．３２，Ｎｏ．５，ｐｐｌ１８０—１１８３　Ｍａｙ，２０１２　扫描速度对于太赫兹时域光谱系统信号品质的影响　李　萌　，何明霞　Ｉ．天津大学太赫兹中心，天津３０００７２　３０００７２　，秦　蕊　２．天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津摘要太赫兹时域光谱技术是太赫兹技术的一个重要研究方向，较低的扫描速度一直是其应用的瓶　颈。对比了不同扫描速度下太赫兹时域系统光谱系统信号的品质。发现信号品质因扫描速度提高而恶化，其　程度和锁相放大器的时问常数密切相关。实验结果发现，系统中噪声主要是从电路中引人的。　关键词太赫兹时域频谱，扫描速度，信噪比，时间常数　文献标识码：Ａ　ＤＯＩ：１０．３９６４￣．ｉｓｓｎ．１０００—０５９３（２０１２）０５－１１８０—０４　中图分类号：ＴＨ７４４．１　光序列，经由分束器变成泵浦脉冲（　Ｌａｓｅｒ　１）和探测脉冲　引　言　太赫兹时域光谱技术（ｔｅｒａｈｅｒｔｚ　ｔｉｍｅ－ｄｏｍａｉｎ　ｓｐｅｅｔｒｏｓｅｏ—　ＰＹ，ＴＨｚ－ＴＤＳ）的研究开始于２Ｏ世纪８Ｏ年代口］，由于超快　激光技术的出现，在近ｌＯ年内得到飞速发展，各种研究表明　（Ｆｓ　Ｌａｓｅｒ　２）两路。泵浦脉冲打在光电导激发天线上向空『日Ｊ　辐射ＴＨｚ脉冲，ＴＨｚ脉冲序列在传播光路上受到３７０　Ｈｚ的　斩波器调制，然后经过４个抛物面镜组成的８Ｆ共焦光路最　终与探测脉冲交汇于光电导接收天线上，ＴＨｚ电磁波当前瞬　时电场信息就被转化为与之线性相关的电流信号。电流信号　ＴＨｚ－ＴＤＳ在生物、医学、化学、农业及其他领域具有巨大的　应用潜力［＿２　］。许多研究者也逐渐从早期的原理研究，中期　经过低噪声直流放大器放大１Ｏ　后被锁相放大器解调并二次　放大，最终为客户端程序所接收。当扫描延迟线改变位置　时，由于光程发生变化，客户端程序可以获取各个瞬时点的　的应用研究，投入到ＴＨｚ－ＴＤＳ实用化设备研制中。国外已　经有销售成品太赫兹时域光谱仪的公司，如英国的Ｔｅｒａ　Ｖｉｅｗ，美国的Ｚｏｍｅｇａ和瑞士的Ｒａｉｎｂｏｗ　ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ等＿７　］。　ＴＨｚ电磁波的强度信息，从而实现ＴＨｚ时域脉冲的扫描探　测。因此ＴＨｚ信号的扫描速度事实上是由扫描延迟线的移　动速度决定的。　对于实用化的太赫兹时域光谱系统，研究者和使用者都　会更关注于系统的可靠性和其他的性能指标，其中，系统的　频率范围，频谱分辨率以及时域信号信噪比是三个最受关注　的指标ｌＬｌ　］。系统频率范围是由太赫兹发射和接收器件硬件　决定的，而频谱分辨率则是受到信号信噪比的制约。因此信　噪比可以｝兑是太赫兹时域光谱仪最重要的一个指标，信噪比　可作为评价信号质量的参数。在很多实际应用场合中，对太　赫兹时域光谱检测具有时间上的要求，因此扫描速度也逐渐　成为一个重要参数。本工作研究扫描速度对于信号品质，即　信噪比的影响规律。　太赫兹时域光谱系统简介　图１是实验室自行搭建的太赫兹时域光谱系统。由飞秒　Ｆｉ昏１　ｓ　ｈ咖ｔｉｃ　ｄｉ咿锄。ｆ，ＩｌＩｚ－　ｌ１Ｄｌｓ　ｓｙｓ　激光器产生波长７８０　ｎｍ，重复频率为８０　ＭＨｚ的飞秒脉冲激　收稿日期：２０１１—１０—１８。修订日期：２０１２－０１—３０　基金项目：国家自然科学基金项目（６０９７７０６４），天津市重点支撑项目（Ｏ９ｚｃＦｌＧｘ０１５０Ｏ）和天津市应用基础研究项目（１０ＪＣＹＢＪＣ０１４００）资助　作者简介：李萌，１９８３年生，天津大学精密仪器及光电子工程学院博士研究生　ｅ－ｍａｉｌ：ｈｈｍｍｘｘ＠ｔｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ　ｅ－ｍａｉｌ：ｓｐｒｏｕｔ＿０２０１＠ｑｑ．ｃｏｍ　＊通讯联系人　第５期　光谱学与光谱分析　１１８１　２太赫兹时域信噪比定义　由于现在的各种太赫兹时域光谱系统很多性能特点都没　有统一，信噪比的定义也没有得到规范，无法用以评价不同　的系统。为不失一般性，对太赫兹时域信号信噪比ＳＮＲ采用　如下定义：时域频谱系统在无样品条件下１００　Ｓ采集完１Ｏ　ｐｓ　时域长度由５００点组成的数据时的单次信噪比。在此定义　下，不同的系统可以实现对等比较。但是并不是所有的系统　都能够按要求条件进行操作，对此可以根据式（１）用任意条　件下获得的单次信噪比进行换算　ＳＮＲ＝ＳｉＳＮＲＸ　ｊ　亍Ｘ　Ｊｇ／５ｏｏ。　（１）　Ｔ表示采集１ｏ　ｐｓ长度信号所花时间，Ｐ表示１Ｏ　ｐｓ长度　信号的采样点数，ＳｉＳＮＲ表示在Ｔ和Ｐ条件下信号的单次　信噪比，本公式具体推导过程将另撰文描述。其中单次信噪　比采用如式（２）定义　ＳｉＳＮＲ：—Ｍ　ａｘ　－　Ｍｍ　（２）　＿１Ｌ　Ｊ　Ｍａｘ表示信号最大值，Ｍｉｎ表示信号最小值，ＳＴＤ（ｎ）表　示噪声段的均方差。一般时域信号会包含在ＴＨｚ信号出现　前的一段序列，该序列不含有ＴＨｚ电磁波信息，波动完全由　噪声引起，利用这个特点可以采用该段的均方差作为对噪声　水平的估计。　ＳｉＳＮＲ本身不具备可比性，它只是作为计算ＳＮＲ的一　个中间变量。但在本工作中因为只与本系统进行比较，而对　本系统来说Ｐ／Ｔ，即数据采样速度，是常数，因此可以只比　较ＳｉＳＮＲ来观察信噪比ＳＮＲ的变化，两者只相差一个常系　数。　由于ＳＮＲ反映的是综合信号质量，只要系统性能没变，　且数据采样速度一致，则同样时间内获得的信号品质也不　变。如果提高扫描速度至ｍ倍，研究１／ｍ时间内信号的品　质，则根据式（１）必然下降为原先时间内获得信号品质的１／　，因为同样时间内品质不变，而１／ｍ时间内获取的信息　量也只有原先１／ｍ。这是原理上的影响关系，无法改变。　本研究的重点是，当扫描速度改变时，是否会引入新的　噪声，或者对噪声形成抑制，以改变系统的信噪比。　３实验与结果讨论　采用图１所示的系统，分别用５，１０，１５，２Ｏ，３Ｏ，４５，　６Ｏ，９０　・Ｓ　的光学延迟线移动速度，采集空载太赫兹时　域信号，锁相放大器的低通时间常数取３００　ｍｓ，计算得到的　相关参数如表１所示。由于用９０　ｍ・Ｓ＿１的速度采集时，获　取的点数过于少，计算得到的噪声均方差可能跟实际情况有　较大偏差，因此只列出信号值进行比较。可以看到，随着扫　描速度的增加，计算得到的噪声部分并无明显规律性变化，　但是信号值发生显著下降，其变化曲线如图２所示，从而引　起信号品质恶化。信号随扫描速度增加发生衰减的根本原因　是锁相放大器的低通滤波功能所致。当采集速度加快时，被　测信号相当于从低频向高频移动，当信号逐渐接近并超出锁　相放大器设定的低通截止频率时，就发生了信号衰减。从这　个角度讲，只要提高锁相放大器的低通截止频率，即减小低　通时间常数，就能改善这个现象。在时间常数分别为ｉ００和　３０　ｍｓ条件下的实验数据，如表２和表３所示，信号衰减规　律，如图２所示，充分说明了这个推断的合理性。从实验中　Ｔａｂｌｅ　１　Ｔｉｎｌｅ咖ｓｔａｎｔ　ｏｆ　３００　Ｉｌｌｓ　５　０００　４　０００　３　０００　２　０００　１　０００　０　０　１０　２０　３０　４０　５Ｏ　６０　７Ｏ　８Ｏ　９０　ｌ０ｏ　Ｓｃａｎｎｉｎｇ　ｓｐｅｅｄ　ｏｆ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｄｅｌａｙ　ｌｉｎｅ／Ｉｍａ－Ｓ’　Ｆｉｇ．２　Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆ　ｓｉｇｎａｌ　ｐｅａｋ　ｖａｌｕｅｓ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｔｉｍｅ　ｃｏｎｓｔａｎｔｓ　ｐ１　ＩＪ　ｌ１８２　光谱学与光谱分析　第３２卷　可以看出随着时间常数的减小，信号衰减明显得到了抑制。　ｐ２　２　ｌ　ｌ　１０ＪＩ　０薯ｕ　—ｏ—Ｂ咖∞ｏ　ｕ　∞　一ｏ　∞０　口　ＡＩ羔　Ｈ　所以在高速采集条件下，想获取更高品质的信号，就必　须降低锁相放大器的时间常数，而时间常数的选择又受到电　路噪声特性的。只有从电路上解决噪声引入问题才能根　本上提高高速采集系统的信号品质。然而电路噪声不能采用　常规抑制手段，因为这样处理同样会对信号产生影响，如同　时间常数设置的效果。只能通过两种手段，找出主要噪声　源，并加以优化或者隔离；其次缩短信号传输路径，减少噪　声引入概率。　在现有系统中，以０．４５，０．６３和２．１９分别作为噪声估　计值，则不同常数下信号品质随扫描速度增加的衰减规律如　图４所示。当扫描速度大于５５　ｍ・Ｓ　时，选择１００　ｍｓ的　Ｄｅｌａｙ　ｔｉｍｅ／ｐｓ　时间常数要优于３００　ｍｓ，同样当扫描速度继续提高，达到某　一Ｆｉｇ．３　Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆ　ｎｏｉｓｅ　ｖａｌｕｅｓ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｔｉｍｅ　ｃｏｎｓｔａｎｔｓ　值时，选择３０　ｍｓ的时问常数也会优于ｉ００　ｍｓ。　８０００　７０ｏ０　如果从噪声的角度进行分析，可以发现，噪声水平只跟　锁相放大器的时间常数设置有关，而与扫描速度无关。时间　６　０００　５　Ｏｏｏ　常数为３００　ｍｓ时，噪声平均值为０．４５，时间常数为１００　ｍｓ　时，噪声平均值为０．６３，时间常数为３０　ｍｓ时，噪声平均值　为２．１９，噪声效果如图３所示。说明时域信号曲线中的噪声　主要是在电路中引入的，以光导天线作为探测器的ＴＨｚ电　磁波接收环节以及ＴＨｚ波在自由空间中传播引入的噪声远　远小于这个水平。因为如果非电路噪声与电路噪声相当，那　吞４　０ｏｏ　３　０００　２０００　１　Ｏｏｏ　０　么当采集速度加快时，非电路噪声也会受到影响而向高频移　动，并被锁相放大器的低通环节抑制，那么在噪声计算值中　也会出现明显的随速度抑制现象。所以，观察到的噪声主要　是由后续信号电路传输与处理环节弓Ｉ入的。并且可以从实验　０　ｌ０　２Ｏ　３Ｏ　４０　５Ｏ　６Ｏ　７０　８０　９Ｏ　１０ｏ　Ｓｃａｎｎｉｎｇ　ｓｐｅｅｄ　ｏｆｏｐｔｉｆｃａｌ　ｄｅｌａｙ　ｌｉｎｅ／￣ｍ・ｓ－‘　Ｆｉｇ．４　Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆ　ＳＮＲ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｔｉｍｅ　ｃｏｎｓｔａｎｔ　数据中得到电路噪声频段分布的一些信息。由于截止频率，　可以用时间常数ｒ根据式（３）进行估算　＿厂一ｌ／２丌ｒ　（３）　４总结　根据实验数据对比说明了太赫兹时域光谱系统在扫描速　得到对应的低通截止频率分别为０．２７，０．８Ｏ，２．６５　Ｈｚ。根据　噪声平方叠加原理，在小于２．６５　Ｈｚ的噪声中，Ｏ～０．２７　Ｈｚ　的噪声占０．４５　／２．１９　一４．２　，０．２７～０．８０　Ｈｚ的噪声占　（Ｏ．６３　一０．４５　）／２．１９　一４．１　，０．８０～２．６５　Ｈｚ的噪声占　（２．１９　一Ｏ．６３　）／２．１９　—９１．７　。２．６５　Ｈｚ以上的噪声分布　度提高时，信号品质会发生恶化，其主要原因是延迟线扫描　速度提高使信号进入了锁相放大器的抑制频段。发现了系统　的电路噪声是高速采集系统信号品质的主要障碍，要解　决这个问题只能从隔离噪声源和减小噪声引入概率两方面着　手。根据实验数据得到了信号品质、扫描速度与时间常数的　关系曲线，为在现有条件下选择参数和自行设计信号处理电　需要进一步实验数据支持。选用１００　ｍｓ的时间常数已经能　滤掉绝大多数电路噪声。　路提供了参考数据和借鉴方法。　Ｆａｔｔｉｎｇｅｒ　Ｃ　Ｈ，Ｇｒｉｓｃｈｋｏｗｓｋｙ　ｎ　Ａｐｐ１．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，１９８９，５４（６）：４９０．　ＷＡＮＧ　Ｙｉ—ｆａｎ，ＹＵ　Ｗａｎ－ｃｏｎｇ，ＺＨ（）ｕ　Ｆｅｎｇｊｕａｎ，ｅｔ　ａｌ（汪一帆，尉万聪，周凤娟，等）．Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｉｎ　Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ａｎｄ　Ｂｉｏｐｈｙｓｉｃｓ（生物化　学与生物物理进展），２０１０，３７（５）：４８４．　ＬＩＵ　Ｘｉａｏ－ｈｏｎｇ，ＺＨＡ（）Ｈｏｎｇ－ｗｅｉ，ＬＩＵ　Ｇｕｂｆｅｎｇ，ｅｔ　ａｌ（刘晓鸿，赵红卫，刘桂锋，等）．Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｉｎ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ（化学进展），２０１０，２２　（１１）：２１９１．　ＣＡ（）Ｂｉｎｇ－ｈｕａ，ＨＯＵ　Ｄｉ—ｂｏ，ＹＡＮ　Ｚｈｉ—ｇａｎｇ，ｅｔ　ａｌ（曹丙花，侯迪波，颜志刚，等）．Ｊ．Ｉｎｆｒａｒｅｄ　Ｍｉｌｌｉｍ．Ｗａｖｅｓ（红外与毫米波学报），　２００８，２７（６）：４２９．　ＬＩＵ　Ｎａｎ，ＸＵ　Ｋａｉ－ｊｕｎ，ＺＨＯＵ　Ｊｉ—ｐｉｎｇ，ｅｔ　ａｌ（刘（９）：３９８．　囡，徐开俊，周继平，等）．Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｉｎ　Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ（药学进展），２００８，３２　ＷＡＮＧ－Ｇａｏ，ＺＨＯＵ　Ｈａｎ－ｅｈａｎｇ，ＹＡＯ　Ｂａｏ－ｄａｉ，ｅｔ　ａｌ（２Ｅ高，周汉昌，姚宝岱，等）．Ｌａｓｅｒ＆Ｏｐｔｏｅ｜ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｐｒｏｇｒｅｓｓ（激光与光电子　学进展），２０１１，４８（１）：０１３００１．　第５期　光谱学与光谱分析　１１８３　［７］ＸＩＮＧ　Ｑｉ－ｒｏｎｇ，ＬＡＮＧ　Ｌｉ—ｙｉｎｇ，ＣＨＡＩ　Ｌｕ，ｅｔ　ａｌ（邢岐荣，朗利影，柴　路，等）．Ｃｈｉｎａ　Ｐａｔｅｎｔ。２００６２００２５３１９．０，（中国专利　２００６２００２５３１９．０，基于光学整流的太赫兹时域光谱仪）．　［８］ＳＨＥＮ　Ｊｉｎｇ－ｌｉｎｇ，ＰＡＮ　Ｒｕｉ，ＨＥ　Ｔｉｎｇ，ｅｔ　ａｌ（沈京玲，潘小型太赫兹时域光谱仪）．　［９］　ＬＵ　Ｊｉｎｇ－ｘｉｎｇ，ＨＵＡＮＧ　Ｚｈｉ—ｒｎｊＩ１ｇ，ＳＨＥＮ　Ｘｕｅ－ｍｉｎ，ｅｔ　ａｌ（陆金星，黄志明，沈学民，等）．Ｃｈｉｎａ　Ｐａｔｅｎｔ，２００９１００５１７９１．Ｘ（中国专利　锐，和挺，等）．Ｃｈｉｎａ　Ｐａｔｅｎｔ，２０１０２００４６９０５．Ｘ（中国专利２０１０２００４６９０５．Ｘ，　２００９１００５１７９１．Ｘ，一种自动测量样品太赫兹波段光谱特性的系统）．　Ｅｌｏ３　Ｔａｔｓｕｔｏｓｈｉ　Ｓｈｉｏｄａ，Ｋｅｎｉｃｈｉｒｏ　Ｆｕｊｉｉ，Ｋｅｎ　Ｋａｓｈｉｗａｇｉ，ｅｔ　ａ１．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｓｏｃｉｅｔｙ　ｏｆ　Ａｍｅｒｉｃａ　Ｂ（Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｐｈｙｓｉｃｓ），２０１０，２７（７）：　１４８７．　Ｅ１１３　ＨＯＵ　Ｂｉ—ｈｕｉ，ＷＡＮＧ　Ｙａ－ｌｉ，ＣＨＡＮＧ　Ｘｉｎ－ａｎ，ｅｔ　ａｌ（侯碧辉，王雅丽，常新安，等）．Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ　ａｎｄ　Ｓｐｅｃｔｒａｌ　Ａｎａｌｙｓｉｓ（光谱学与光谱分　析），２０１０，３０（１１）：２８８１．　Ｍｉｎｇｘｉａ，Ａｚａｄ　Ａｂｕｌ　Ｋ，ＹＥ　Ｓｈｅｎｇｈｕａ，ｅｔ　ａ１．Ｏｐｔｉｃｓ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，２００６，２５９（１）：３８９．　［１２］　ＨＥ　Ｓｔｕｄｉｅｓ　ｏｎ　Ｓｉｇｎａｌ－・ｔｏ－Ｎｏｉｓｅ　Ｒａｔｉｏ　Ｓｔａｎｄａｒｄ　ｆｏｒ　ＴＨｚ　Ｔｉｍｅ－Ｄｏｍａｉｎ　Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｅ　ＬＩ　Ｍｅｎｇ　～，ＨＥ　Ｍｉｎｇ－ｘｉａ　’“，ＱＩＮ　Ｒｕｉ　’。　１．Ｃｅｎｔｒｅ　ｆｏｒ　Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ　Ｗａｖｅｓ，Ｔｉａｎｊｉｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ　３０００７２。Ｃｈｉｎａ　２．Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｔｉａｎｊｉｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ　３０００７２，Ｃｈｉｎａ　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ　ｔｉｍｅ－ｄｏｍａｉｎ　ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ（ＴＨｚ－ＴＤＳ）ｉｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｐａｒｔ　ｏｆ　ＴＨｚ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｂｕｔ　ｉｔｓ　ｌｏｗ　ｓｃａｎ　ｓｐｅｅｄ　ａｌｗａｙｓ　ｂｅｃｏｍｅｓ　ｔｈｅ　ｂｏｔｔｌｅｎｅｃｋ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｓｉｇｎａｌｓ　ｏｆ　ＴＤＳ　ｓｙｓｔｅｍ　ｕｎｄｅｒ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｓｃａｎ　ｓｐｅｅｄ　ｗｅｒｅ　ｃｏｍｐａｒｅｄＴｈｅ　ｓｉｇｎａｌ　ｑｕａｌｉ—　．ｔｙ　ｗａｓ　ｇｅｔｔｉｎｇ　ｗｏｒｓｅ　ｗｈｉｌｅ　ｓｃａｎ　ｓｐｅｅｄ　ｗａｓ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｉｍｅ　ｃｏｎｓｔａｎｔ　ｏｆ　ｌｏｃｋ－ｉｎ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ　ｐｌａｙｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｒｏｌｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｎｏｉｓｅ　ｗａｓ　ｆｏｕｎｄ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ　ｔｉｍｅ－ｄｏｍａｉｎ　ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ；Ｓｃａｎ　ｓｐｅｅｄ；Ｓｉｇｎａｌ－ｔｏ－ｎｏｉｓｅ　ｒａｔｉｏ；Ｔｉｍｅ　ｃｏｎｓｔａｎｔ　（Ｒｅｃｅｉｖｅｄ　Ｏｃｔ．１８，２０１１；ａｃｃｅｐｔｅｄ　Ｊａｎ．３０，２０１２）　＊Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ａｕｔｈｏｒ