相干完美吸收与放大系统实现超灵敏氨气检测

《ACS Sensors》：Coherent Perfect Absorption and Amplifying System Enabled Ultrasensitive Ammonia Gas Sensing

提出通过协同优化CPAA系统与电容式传感器设计，将工作点精准调谐至理论奇异点，显著提升氨气检测灵敏度至123kHz/ppm和0.2dB/ppm，超越传统电容式传感器的8.8fF/ppm性能达一个数量级，为高频低寄生损耗传感器开发提供新范式。

　　

相干完美吸收与激光（CPAL）现象因其具有理论上无限的品质因数这一独特特性，为超高灵敏度传感提供了出色的平台。然而，大多数射频（RF）相干完美吸收器-放大器（CPAA）系统仍处于概念验证阶段，主要受到预设频率下严格阻抗要求、对元件微小偏差的敏感性以及传感器集成过程中强烈寄生效应的阻碍。适用于高频操作的低寄生电容传感器的稀缺性进一步限制了其实际应用。在这里，我们提出了一种策略，能够精确调整集成有电容传感器的CPAA系统的工作点，使其趋近于理论上的理想状态，从而实现更高的检测灵敏度。通过协同优化CPAA的配置和传感器设计，我们实现了创纪录的灵敏度：在检测微量氨气时，灵敏度分别达到123 kHz/ppm和0.2 dB/ppm，对应的相对灵敏度分别为0.06%和0.42%/ppm。这些数值比传统电容传感器的性能（8.8 fF/ppm，即0.04%/ppm）高出一个数量级，并显著优于现有的最先进RF传感器平台。除了氨气检测之外，这种方法还为提升RF电容传感器的性能提供了一个通用框架，为超高灵敏度化学和生物检测技术的实际应用开辟了新的可能性。