量子级联激光器是一种基于半导体材料的激光器，可以在红外和远红外波段发射高功率、狭窄线宽、单模和连续可调谐的激光。具有以下优点：高效率、高功率、紧凑、低噪声和快速调制等特性，因此被广泛应用于气体检测、光谱分析、医学诊断、化学传感、空间通信、安全检查等领域。
原理：利用了量子级联结构，在多个能带之间进行电子跃迁，实现了无需布拉格反射镜即可产生激光的原理。其基本结构为若干个量子阱层，每层厚度只有几个纳米，并通过品质因子引入局部场强，从而实现电子跃迁。
工艺：需要采用复杂的制备工艺，包括金属有机化学气相沉积(MOCVD)、离子束刻蚀、光刻、化学腐蚀等技术。其中，量子阱的生长要求非常严格，需要控制每一层的厚度和组分。
量子级联激光器具有以下特点：
(1)高功率：可输出几瓦甚至数十瓦的激光功率，用于长距离通信和火力控制等应用。
(2)狭窄线宽：由于量子级联结构的特点，能够发射狭窄线宽的激光，实现高精度光谱分析。
(3)单模：可以在单个模式上工作，避免了多模干扰和杂散噪声。
(4)连续可调谐：通过改变电流或温度，可以实现QCL波长的连续可调谐。
(5)快速调制：响应时间非常快，可以用于高速数据传输和光纤通信系统中。
应用：量子级联激光器被广泛应用于气体检测、光谱分析、医学诊断、化学传感、空间通信、安全检查等领域。例如，利用QCL的高精度光谱分析特性，可以实现对大气中的二氧化碳、一氧化二氮等气体的测量；利用QCL进行化学传感，可以实现对生物标记物、食品污染等的检测。
