量子级联激光器

量子级联激光器（Quantum Cascade Laser）是一种能够发射光谱在中红外和远红外频段激光的半导体激光器。它是由贝尔实验室哲罗姆·菲斯特、费德里科·卡帕索等人于1994年率先实现。

简介量子级联激光器（Quantum Cascade Laser）是一种能够发射光谱在中红外和远红外频段激光的半导体激光器。它是由贝尔实验室哲罗姆·菲斯特、费德里科·卡帕索等人于1994年率先实现。

通常的半导体激光器是发光的机制是导带和价带中的电子空穴对在复合过程中发出光子，而量子级联激光器的原理则是，在多层半导体形成的周期性量子阱超晶格结构中，利用其子能带之间的电子跃迁发光，这个想法首先由R.F. Kazarinov和R.A. Suris在1971提出，论文题目为《在超晶格结构半导体中实现电磁波放大的可能性》（Possibility of amplification of electromagnetic waves in a semiconductor with a superlattice）。1

远红外线远红外线（Far Infrared，缩写 FIR），一般是指光谱上位于15~1000µm区域的光波，属于红外线的波长范围。其位于可见光光谱红色光的外侧，为不可见光。不同学界对于远红外线的范围定义常常不同，例如，天文学上常定义远红外线为在波长25µm与350µm之间的电磁波。生物体可以“热”的型式，感受其存在。

4μm ~ 14 μm范围的远红外线与人体的分子产生共振，可促进微血管扩张、使血液循环顺畅，促进新陈代谢，进而增加身体的免疫力，因此此段远红外线又被称为“生育之光”，因此远红外线除了科技、天文上的应用之外，也可用于医疗和保健方面。有些植物的胚芽经过远红外线照射后，有助于酶活性活化，加速发芽。1

半导体激光半导体激光（Semiconductor laser）在1962年被成功激发，在1970年实现室温下连续发射。后来经过改良，开发出双异质接合型激光及条纹型构造的激光二极管（Laser diode）等，广泛使用于光纤通信、光盘、激光打印机、激光扫描器、激光指示器（激光笔），是目前生产量最大的激光器。

在基本构造上，它属于半导体的P-N接面，但激光二极管是以金属包层从两边夹住发光层（活性层），是“双异质接合构造”。而且在激光二极管中，将界面作为发射镜（共振腔）使用。在使用材料方面，有镓(Ga)、砷(As)、铟(In)、磷(P)等。此外在多重量子井型中，也使用Ga·Al·As等。

由于具有条状结构，即使是微小电流也会增加活性区域的居量反转密度，优点是激发容易呈现单一形式，而且，其寿命可达10~100万小时。

激光二极体的优点是效率高、体积小、重量轻且价格低。尤其是多重量子井型的效率有20~40%，P-N型也达到数%~25%，总而言之能量效率高是其最大特色。另外，它的连续输出波长涵盖了红外到可见光范围，而光脉冲输出达50W（带宽100ns）等级的产品也已商业化，作为激光雷达或激发光源可说是非常容易使用的激光的例子。2

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所