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(jié)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(zhì)結(jié)薄層內(nèi)由量子限制效應引起的分離電子態(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(jié)構(gòu)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(shè)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(diào)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(shù)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(nèi)，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：