量子級聯(lián)激光器是一種能夠發(fā)射光譜在中紅外和遠紅外頻段激光的半導體激光器。是基于半導體耦合量子阱子帶(一般為導帶)間的電子躍遷所產(chǎn)生的一種單極性光源。量子指的是通過(guò)調整有源區量子阱的厚度可以改變子帶的能級間距，實(shí)現對波長(cháng)的“裁剪”，另外也指器件的尺寸較小。級聯(lián)的意思是有源區中上一組成部分的輸出是下一部分的輸入，一級接一級串聯(lián)在一起。激光器是指產(chǎn)生特定波長(cháng)的光源。
量子級聯(lián)激光器是一種多層的量子阱結構，每一層結構包括一個(gè)注入區和一個(gè)激發(fā)區，其中激發(fā)區為三個(gè)耦合量子阱。這種激光器的光子產(chǎn)生依賴(lài)于電子能級在耦合量子阱中的臺階分布。當電子從一個(gè)高能級量子阱躍遷入另一個(gè)低能級量子阱中時(shí)將產(chǎn)生一個(gè)光子。從發(fā)光機理上看，這是一種新型激光器，因為其并不像普通激光二極管那樣依賴(lài)電子與空穴的符合產(chǎn)生光子。
與傳統半導體激光器不同，量子級聯(lián)激光器是一種單極型激光器，只依賴(lài)一種載流子。在有外加電場(chǎng)的情況下，利用電子量子隧穿通過(guò)由一組耦合量子阱構成的注入區，到達由另一組耦合量子阱構成的有源區，導帶激發(fā)態(tài)子能級電子共振躍遷到基態(tài)釋放能量，發(fā)射光子并隧穿到下一級，成為下一級相似結構的注入電子。
量子級聯(lián)激光器具有很窄的光譜線(xiàn)寬，可以獲得氣體分子、原子光譜線(xiàn)中精細結構，因此基于量子級聯(lián)激光器的氣體檢測系統分辨率要遠高于其他光譜檢測方法，而且系統中不需要分光器件，可以通過(guò)調諧QCL的波長(cháng)，就可在光電探測器中直接得到其吸收光譜。
