量子级联激光器的工作原理、结构及应用优势

量子级联激光器（QCL）是一种借助于声子辅助共振遂穿原理和电子在半导体量子阱中导带子带间跃迁的新型单极半导体器件。量子级联激光器受激辐射过程中只有电子参与，可通过有源区的势垒和势阱的能带裁剪实现对激射波长的选择，这与传统P-N结型半导体激光器的电子－空穴复合受激辐射机制有着本质上的区别。所以，量子级联激光器也常被称为单极激光器

量子级联激光器的工作原理与通常的半导体激光器截然不同，它打破了传统p-n结型半导体激光器的电子-空穴复合受激辐射机制，其发光波长由半导体能隙来决定，填补了半导体中红外激光器的空白。QCL受激辐射过程只有电子参与，其激射方案是利用在半导体异质结薄层内由量子限制效应引起的分离电子态之间产生粒子数反转，从而实现单电子注入的多光子输出，并且可以轻松得通过改变量子阱层的厚度来改变发光波长。

QCL激光器的基本结构包括FP-QCL（图上）、DFB-QCL（图中）和ECqcL（图下）。它比其它激光器的优势在于它的级联过程，电子从高能级跳跃到低能级过程中，不但没有损失，还可以注入到下一个过程再次发光。这个级联过程使这些电子 “循环”起来，从而造就了一种令人惊叹的激光器。

量子级联激光理论的创立和量子级联激光器的发明使中远红外波段高可靠、高功率和高特征温度半导体激光器的实现成为可能。一般而言，量子级联激光器系统包括量子级联激光模块，控制模块以及接口模块。量子级联激光器从结构上来说，可以分为分布反馈（Distributed Feedback）QCL，F-P（Fabry-Perot）QCL 和外腔（External Cavity）QCL。量子级联激光器由于其独特的设计原理使其具有如下的独特优势：

1、可以提供超宽的光谱范围（mid IR to THz）。

2、极好的波长可调谐性。

3、很高的输出功率，同时也可以工作在室温环境下。

量子级联激光器目前主要的用途是气体检测和红外对抗。气体检测领域主要优势是探测精度高，体积小，便携性强。

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