量子級聯激光器（QCL）是一種基於(yu) 量子阱中子帶間電子躍遷的半導體(ti) 激光器，光子能量取決(jue) 於(yu) 量子阱的厚度而非材料基本帶隙的寬度，因此對材料層厚度進行量子裁剪即可調節激光輸出波長。QCL結構包含多層量子阱，每層量子阱都包括注入區和有源區，由於(yu) 量子隧穿效應，電子躍遷過程中會(hui) 從(cong) 一個(ge) 周期的注入區隧穿到下一個(ge) 周期的有源區，然後高能級的電子到達低能級，同時釋放出光子。在整個(ge) 過程中隻有電子參與(yu) ，所以QCL具有單極性，輸出激光是單向偏振的。

QCL的發展除了體(ti) 現在工作溫度適應性上，還包括波長/波段的細分和擴展。材料技術和工藝的進步推動了QCL的發展，隨著器件在室溫下運行的輸出功率越來越高、單頻特性越來越好、輸出波長不斷拓展，QCL在很多領域中的應用也越來越廣泛，其麵臨(lin) 的不斷提高的技術指標要求也牽引著QCL技術的進步。

據麥姆斯谘詢報道，近期，空軍(jun) 裝備部駐北京地區軍(jun) 事代表局駐天津地區第三軍(jun) 事代表室鄧凱等人在《光電技術應用》期刊上發表了以“量子級聯激光器及其應用的研究進展”為(wei) 主題的綜述論文。文章回顧了QCL的發展曆史，以中紅外、長波紅外和太赫茲(zi) 等典型波段的QCL為(wei) 例描述了材料和器件技術的研究進展，介紹了QCL在物質成分探測、自由空間光通信、定向紅外對抗等領域的應用研究情況，歸納了QCL技術的發展趨勢。

目前國內(nei) 外的很多研究機構在QCL的研究上投入了大量的資源，推動了QCL技術的長足發展。從(cong) 激光發射譜的角度，QCL可分為(wei) 中紅外波段、長波紅外波段和太赫茲(zi) 波段。

世界上第一隻QCL即工作在中紅外波段，近年來MIR-QCL的發展最為(wei) 迅速，有力地推動了QCL的商業(ye) 化。在MIR-QCL的研究方麵，國內(nei) 外研究機構近年來取得了豐(feng) 碩的研究成果，其中國外機構中以美國西北大學為(wei) 領頭羊，，俄羅斯的約飛研究所等機構的研究進展也較快；國內(nei) 機構中，中科院半導體(ti) 研究所在MIR-QCL的研究上成果豐(feng) 碩。

LWIR-QCL的輸出波長在7μm以上、太赫茲(zi) 波段以下，與(yu) MIR-QCL相比，LWIR-QCL的插頭效率和輸出功率更低，導致其實用化程度更低一些。在LWIR-QCL的研究上，國外和國內(nei) 處於(yu) 領先地位的是美國西北大學和中國科學院半導體(ti) 研究所，俄羅斯約飛研究所等機構處於(yu) 第二梯隊。

太赫茲(zi) 波段一般指頻率為(wei) 100GHz到10THz、波長在3mm到30μm的電磁波，目前已在THz-QCL器件上實現的頻率範圍大致為(wei) 0.8~5.6THz。相對於(yu) 其他的太赫茲(zi) 源產(chan) 生方式，QCL的優(you) 勢在於(yu) 體(ti) 積更小、能耗更低、可調諧等。與(yu) 中、長波紅外QCL一樣，工作溫度和輸出功率是評估QCL光電性能的主要標準。在THz-QCL的研究上，美國西北大學和日本濱鬆公司的技術水平相對較高，此外意大利等國家的科研機構也取得了很多研究成果。

日本濱鬆公司非線性太赫茲(zi) QCL的分布式

隨著QCL材料和器件技術的發展，國內(nei) 外研究機構針對QCL在物質成分探測、環境科學、醫學領域、自由空間光通信、定向紅外對抗等領域的應用上進行了大量的研究，在部分細分領域已經實現了QCL的實用化。

西北大學中紅外自由空間光通信係統示意圖

QCL技術應用方向與(yu) 發展趨勢表

QCL是紅外激光領域中的一個(ge) 重要的研究方向，因其可在中紅外波段、長波紅外波段和太赫茲(zi) 波段工作的特性，在物質探測、自由空間光通信和定向紅外對抗等軍(jun) 、民領域具有廣闊的應用前景，但QCL還需要繼續在單管輸出功率等方向繼續提升。通過對該技術和應用的梳理，歸納其技術發展趨勢，為(wei) 相關(guan) 領域的研究人員提供參考。