量子級聯激光器（QCL）是一種借助于聲子輔助共振遂穿原理和電子在半導體量子阱中導帶子帶間躍遷的新型單極半導體器件。量子級聯激光器受激輻射過程中只有電子參與，可通過有源區的勢壘和勢阱的能帶裁剪實現對激射波長的選擇，這與傳統P-N結型半導體激光器的電子－空穴復合受激輻射機制有著本質上的區別。所以，量子級聯激光器也常被稱為單極激光器

量子級聯激光器的工作原理與通常的半導體激光器截然不同，它打破了傳統p-n結型半導體激光器的電子-空穴復合受激輻射機制，其發光波長由半導體能隙來決定，填補了半導體中紅外激光器的空白。QCL受激輻射過程只有電子參與，其激射方案是利用在半導體異質結薄層內由量子限制效應引起的分離電子態之間產生粒子數反轉，從而實現單電子注入的多光子輸出，并且可以輕松得通過改變量子阱層的厚度來改變發光波長。

QCL激光器的基本結構包括FP-QCL（圖上）、DFB-QCL（圖中）和ECqcL（圖下）。它比其它激光器的優勢在于它的級聯過程，電子從高能級跳躍到低能級過程中，不但沒有損失，還可以注入到下一個過程再次發光。這個級聯過程使這些電子 “循環”起來，從而造就了一種令人驚嘆的激光器。

量子級聯激光理論的創立和量子級聯激光器的發明使中遠紅外波段高可靠、高功率和高特征溫度半導體激光器的實現成為可能。一般而言，量子級聯激光器系統包括量子級聯激光模塊，控制模塊以及接口模塊。量子級聯激光器從結構上來說，可以分為分布反饋（Distributed Feedback）QCL，F-P（Fabry-Perot）QCL 和外腔（External Cavity）QCL。量子級聯激光器由于其獨特的設計原理使其具有如下的獨特優勢：

1、可以提供超寬的光譜范圍（mid IR to THz）。

2、極好的波長可調諧性。

3、很高的輸出功率，同時也可以工作在室溫環境下。

量子級聯激光器目前主要的用途是氣體檢測和紅外對抗。氣體檢測領域主要優勢是探測精度高，體積小，便攜性強。

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