量子級(jí)聯(lián)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(dǎo)體量子阱中導(dǎo)帶子帶間躍遷的新型單極半導(dǎo)體器件。量子級(jí)聯(lián)激光器受激輻射過(guò)程中只有電子參與，可通過(guò)有源區(qū)的勢(shì)壘和勢(shì)阱的能帶裁剪實(shí)現(xiàn)對(duì)激射波長(zhǎng)的選擇，這與傳統(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(jī)制有著本質(zhì)上的區(qū)別。所以，量子級(jí)聯(lián)激光器也常被稱為單極激光器

量子級(jí)聯(lián)激光器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(jī)制，其發(fā)光波長(zhǎng)由半導(dǎo)體能隙來(lái)決定，填補(bǔ)了半導(dǎo)體中紅外激光器的空白。QCL受激輻射過(guò)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(shí)現(xiàn)單電子注入的多光子輸出，并且可以輕松得通過(guò)改變量子阱層的厚度來(lái)改變發(fā)光波長(zhǎng)。

QCL激光器的基本結(jié)構(gòu)包括FP-QCL（圖上）、DFB-QCL（圖中）和ECqcL（圖下）。它比其它激光器的優(yōu)勢(shì)在于它的級(jí)聯(lián)過(guò)程，電子從高能級(jí)跳躍到低能級(jí)過(guò)程中，不但沒(méi)有損失，還可以注入到下一個(gè)過(guò)程再次發(fā)光。這個(gè)級(jí)聯(lián)過(guò)程使這些電子 “循環(huán)”起來(lái)，從而造就了一種令人驚嘆的激光器。

量子級(jí)聯(lián)激光理論的創(chuàng)立和量子級(jí)聯(lián)激光器的發(fā)明使中遠(yuǎn)紅外波段高可靠、高功率和高特征溫度半導(dǎo)體激光器的實(shí)現(xiàn)成為可能。一般而言，量子級(jí)聯(lián)激光器系統(tǒng)包括量子級(jí)聯(lián)激光模塊，控制模塊以及接口模塊。量子級(jí)聯(lián)激光器從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，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(jí)聯(lián)激光器由于其獨(dú)特的設(shè)計(jì)原理使其具有如下的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)：

1、可以提供超寬的光譜范圍（mid IR to THz）。

2、極好的波長(zhǎng)可調(diào)諧性。

3、很高的輸出功率，同時(shí)也可以工作在室溫環(huán)境下。

量子級(jí)聯(lián)激光器目前主要的用途是氣體檢測(cè)和紅外對(duì)抗。氣體檢測(cè)領(lǐng)域主要優(yōu)勢(shì)是探測(cè)精度高，體積小，便攜性強(qiáng)。

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