宋亚峰

【摘 要】量子级联激光器在中远红外激光器领域有重要的应用，本文总结与探讨了量子级联激光器的基本原理及特点，发展历程中的各种问题的解决及研究进展，最后又简单总结了太赫兹量子级联激光器的发展情况。尽管Q CL已经有了长足的进步，但距离室温应用和产业化还有一定距离。

【关键词】量子级联激光器； Q CL； 太赫兹

1 概述

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新型单极半导体器件，其工作原理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，与通常的半导体激光器截然不同。

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。量子级联激光器开创了中、远红外半导体激光器的先河。因此，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大的应用前景。

2 基本原理及特点

与常规半导体激光器相比，其量子级联激光器特点是多方面的。主要包括：

（1）电子利用效率高。同一个电子可以重复利用，顺序产生光子，理论上一个电子可以产生与级数相同的光子数，内量子效率会很高。

（2）中远红外波段且波长可调。决定QCL激射波长的子带间距可通过半导体“能带工程”进行调节。如改变量子阱或垒的厚度，材料的组分，外加偏压等；……