量子級聯(lián)激光器目前的主要用途是氣體檢測、紅外對抗和太赫茲通信，尤其是在中波紅外4-6µm波段，基本達到了實用化程度。它的級聯(lián)過程，即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(fā)光。這個級聯(lián)過程使這些電子 “循環(huán)”起來，從而造就了一種令人驚嘆的激光器。
 

　　什么是量子級聯(lián)激光器？
 

　　量子級聯(lián)激光器的發(fā)明是半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域中具有里程碑意義的發(fā)展，開創(chuàng)了中遠(yuǎn)紅外半導(dǎo)體激光的新領(lǐng)域。因為在中遠(yuǎn)紅外波段，能用的激光器太少，而它恰恰能夠工作于中紅外區(qū)域(2.75-25 µm)，甚至太赫茲波段，而且波長可調(diào)。
 

　　雖為半導(dǎo)體激光器，但是它的工作原理與通常的半導(dǎo)體激光器截然不同。它打破了傳統(tǒng)p-n結(jié)型半導(dǎo)體激光器的電子-空穴復(fù)合受激輻射機制，其發(fā)光波長由半導(dǎo)體能隙來決定。QCL受激輻射過程只有電子參與，其激射方案是利用在半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)薄層內(nèi)由量子限制效應(yīng)引起的分離電子態(tài)之間產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)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(fā)光波長。
 

　　量子級聯(lián)激光器的工作原理為電子在半導(dǎo)體材料導(dǎo)帶的子帶間躍遷和聲子共振輔助隧穿從而產(chǎn)生光放大，其出射波長由導(dǎo)帶的子帶間的能量差所決定，和半導(dǎo)體材料的禁帶寬度無關(guān)，因此可以通過設(shè)計量子阱層的厚度來實現(xiàn)波長的控制。