简介

QCL激光器的基本结构

量子级联激光器(quantum cascade lasers, QCLs)是基于电子在半导体量子阱中导带子带间跃迁和声子辅助共振隧穿原理的新型单极半导体器件。不同於传统p-n结型半导体激光器的电子-空穴复合受激辐射机制，QCL受激辐射过程只有电子参与，激射波长的选择可通过有源区的势阱和势垒的能带裁剪实现。QCL引领了半导体激光理论、中红外和THz半导体光源革命，是痕量气体监测和自由空间通信的理想光源，在公共安全、国家安全、环境和医学科学等领域有重大应用前景。 量子级联激光器(QCL)是一种基于子带间电子跃迁的中红外波段单极光源，其工作原理与通常的半导体激光器截然不同。其激射方案是利用垂直于纳米级厚度的半导体异质结薄层内由量子限制效应引起的分离电子态，在这些激发态之间产生粒子数反转，该激光器的有源区是由耦合量子阱的多级串接组成(通常大于500层)而实现单电子注入的多光子输出。量子级联激光器的出现开创了利用宽带隙材料研制中、远红外半导体激光器的先河，在中、远红外半导体激光器的发展史上树立了新的里程碑。1994年Federico Capasso和同事卓以和等人在贝尔实验室率先发明量子级联激光器。这被视为半导体激光领域的一次革命。2000年，我国科学家李爱珍（现任美国科学院院士）的课题组在亚洲率先研制出5至8微米波段半导体量子级联激光器，从而使中国进入了掌握此类激光器研制技术的国家行列。

特点

由于量子级联激光器是集量子工程和先进的分子束外延技术于一体，与常规的半导体激光器在工作原理上不同，其特点优于普通激光器，因技术含量很高，相关产品的开发具有重要的社会和经济价值。 据了解，量子级联激光器是一个高难度的量子工程，特点是工作波长与所用材料的带隙无直接关系，仅由耦合量子阱子带间距决定，从而可实现对波长的大范围剪裁。

许多基于量子级联激光器的可调谐中红外激光器(脉冲和红外)在国外已经进入工业化,是各国争相研究的高新技术产业。

量子级联激光器集量子工程和分子束外延技术于一体，是国家纳米及量子器件核心技术的真正体现，这方面的技术突破将激活我国的民用市场。它在红外通信、远距离探测、大气污染监控、工业烟尘分析、化学过程监测、分子光谱研究、无损伤医学诊断等方面具有很急迫的应用前景。