量子級聯激光器是一種基于半導體材料的激光器，可以在紅外和遠紅外波段發射高功率、狹窄線寬、單模和連續可調諧的激光。具有以下優點：高效率、高功率、緊湊、低噪聲和快速調制等特性，因此被廣泛應用于氣體檢測、光譜分析、醫學診斷、化學傳感、空間通信、安全檢查等領域。
 

　　原理：利用了量子級聯結構，在多個能帶之間進行電子躍遷，實現了無需布拉格反射鏡即可產生激光的原理。其基本結構為若干個量子阱層，每層厚度只有幾個納米，并通過品質因子引入局部場強，從而實現電子躍遷。
 

　　工藝：需要采用復雜的制備工藝，包括金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)、離子束刻蝕、光刻、化學腐蝕等技術。其中，量子阱的生長要求非常嚴格，需要控制每一層的厚度和組分。
 

　　量子級聯激光器具有以下特點：
 

　　(1)高功率：可輸出幾瓦甚至數十瓦的激光功率，用于長距離通信和火力控制等應用。
 

　　(2)狹窄線寬：由于量子級聯結構的特點，能夠發射狹窄線寬的激光，實現高精度光譜分析。
 

　　(3)單模：可以在單個模式上工作，避免了多模干擾和雜散噪聲。
 

　　(4)連續可調諧：通過改變電流或溫度，可以實現QCL波長的連續可調諧。
 

　　(5)快速調制：響應時間非常快，可以用于高速數據傳輸和光纖通信系統中。
 

　　應用：量子級聯激光器被廣泛應用于氣體檢測、光譜分析、醫學診斷、化學傳感、空間通信、安全檢查等領域。例如，利用QCL的高精度光譜分析特性，可以實現對大氣中的二氧化碳、一氧化二氮等氣體的測量；利用QCL進行化學傳感，可以實現對生物標記物、食品污染等的檢測。