量子級聯(lián)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(tǒng)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(fā)光波長由半導體能隙來決定。QCL受激輻射過程只有電子參與，其激射方案是利用在半導體異質結薄層內由量子限制效應引起的分離電子態(tài)之間產生粒子數(shù)反轉，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)激光器比其它激光器的優(yōu)勢在于它的級聯(lián)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(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。因此，量子級聯(lián)激光器的發(fā)明被視為半導體激光理論的一次革命和里程碑。

量子級聯(lián)激光器的特點

量子級聯(lián)激光理論的創(chuàng)立和量子級聯(lián)激光器的發(fā)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(xiàn)成為可能。一般而言，量子級聯(lián)激光器系統(tǒng)包括量子級聯(lián)激光模塊，控制模塊以及接口模塊。量子級聯(lián)激光器從結構上來說，可以分為分布反饋（Distributed Feedback）QCL，F(xiàn)-P（Fabry-Perot）QCL 和外腔（External Cavity）QCL。量子級聯(lián)激光器由于其獨特的設計原理使其具有如下的獨特優(yōu)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(huán)境下。

目前國際上已研制出3.6～19μm 中遠紅外量子級聯(lián)激光器系統(tǒng)。隨著技術的進步，目前量子級聯(lián)激光器不但能以脈沖的方式工作，而且可以在連續(xù)工作的方式輸出大功率激光。激光模塊將QC 激光器裝進一個氣密性封裝內，最大限度的保護了激光器的性能和壽命。

量子級聯(lián)激光器的分類：