定义
依赖于子带间跃迁的半导体激光器，通常在中红外光谱区域发射。
量子级联激光器是一种特殊的半导体激光器，通常发射中红外光。 这种激光器不是在不同电子带之间的激光跃迁上工作，而是在半导体结构的子带间跃迁上工作。 图1显示了注入增益区域的电子会发生什么：在结构的每个周期中，它经历量子阱（这是发生受激发射的激光跃迁）的两个子能级（迷你带）之间的第一次跃迁（蓝色箭头），然后是到最低子层的非辐射跃迁（红色箭头），然后隧穿（灰色箭头）进入下一个量子阱的上层。 通过串联使用几十甚至100个量子阱（级联），可以获得更高的光学增益和每个电子的多个光子，但代价是更高的所需电压。 工作电压很容易达到 10 V 左右，而对于普通半导体激光管来说，几伏就足够了。
图1：量子级联激光器增益区域的强烈简化示意图。 该图显示了电子能量与结构中的位置的关系，该结构包含三个量子阱。 能量向右侧的整体下降趋势是由外加的电场引起的。 实际上，每个增益区域必须分为有源区域和注入器。
由于跃迁能不是由固定的材料特性决定的，而是由设计参数（特别是量子阱的层厚度值）定义的，因此量子级联激光器可以设计用于工作波长范围从几微米到远高于10μm，甚至在太赫兹区域。 请注意，单个注入载流子可以为每个量子阱区域产生（在完美量子效率的理想情况下）一个光子。
在量子级联激光器中，上述量子阱结构嵌入波导中，激光谐振器多为DBR或DFB型。 还有外腔激光器，其中波长调谐元件（如衍射光栅）是谐振器的一部分。
量子级联激光器的典型特性
输出波长
大多数量子级联激光器发射中红外光（根据ISO 20473：2007，这意味着波长在3μm和50μm之间）——因此它们是一种中红外激光源。 然而，量子级联激光器也可以用于产生太赫兹波（→太赫兹源）。 这种装置构成特别紧凑和简单的（电泵送）太赫兹辐射源。 甚至可以通过内部差频产生来实现室温太赫兹的产生[12]。
输出功率和效率
虽然连续工作的室温设备[4]通常被限制在毫瓦区域内的中等输出功率水平（尽管可能超过一瓦），但使用液氮冷却很容易实现多瓦。 即使在室温下，使用短泵脉冲时，也可以获得功率级峰值功率。
量子级联激光器的功率转换效率通常只有几十%左右。 然而，最近已经证明了效率约为50%的设备[10，11]，尽管仅适用于低温操作条件。
动态属性
例如，量子级联激光器中的载流子寿命比普通半导体激光管短得多；它受到声子散射现象的限制。 这也对动态特性产生影响：松弛振荡（过阻尼瞬态动力学）有非常强的阻尼。 出于这个原因，量子级联激光器可以用限制在几十千兆赫兹的非常高的固有带宽进行调制。
线宽
发射线宽通常相当小，这对于光谱学应用通常非常有用。 其中一个促成因素是较小的线宽增强系数。
量子级联激光器的应用
也许量子级联激光器最重要的应用将是痕量气体的激光吸收光谱领域，例如用于检测空气中非常小浓度的污染物。 除了合适的波长范围外，QCL通常还具有相对较窄的线宽和良好的波长可调性，使其非常适合此类应用。
太赫兹量子级联激光器在各种成像应用中也很有趣。 请参阅有关太赫兹辐射的文章。
太赫兹QCL的另一个应用领域是自由空间通信。 尽管太赫兹光束表现出比光束强得多的光束发散，但仍然可以使用定向光束通过空气进行短距离传输。
军事应用的一个例子是用于红外对抗，即通过向传感器发送中红外光来刺激热寻的导弹攻击飞机。
参考文献
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