量子級聯激光器（QCL）是一種借助于聲子輔助共振遂穿原理和電子在半導體量子阱中導帶子帶間躍遷的新型單極半導體器件。工作原理與通常的半導體激光器截然不同，它打破了傳統p-n結型半導體激光器的電子-空穴復合受激輻射機制，其發光波長由半導體能隙來決定。QCL受激輻射過程只有電子參與，其激射方案是利用在半導體異質結薄層內由量子限制效應引起的分離電子態之間產生粒子數反轉，從而實現單電子注入的多光子輸出，并且可以輕松得通過改變量子阱層的厚度來改變發光波長。
量子級聯激光器的應用在于中波紅外和長波紅外(包含THz)頻段可以得到的適當功率的激光，以及半導體激光技術體制帶來良好的適裝性。應用領域包括：紅外對抗、痕量氣體檢測、THz通信等。
1、紅外對抗系統
定向紅外對抗(DIRCM)是將紅外干擾光源的能量集中在導引頭視場內，干擾或飽和紅外導引頭上的探測器和電路。量子級聯激光器由于體積小、重量輕，可室溫工作，電光轉換效率高，具有更加良好的適裝性，工作波長更適合調諧在中波紅外制導武器的峰值工作波段內。
2、痕量氣體檢測
激光光譜檢測系統是實現痕量氣體檢測的主要手段。溫室效應氣體CO2、CH4、N2O等，以及神經毒氣、糜爛毒氣等氣體，與疾病診斷如哮喘、潰瘍、腎、肝、胸、肺、糖尿病、器官排異、精神分裂等有關的特征氣體，其基頻吸收譜線均落在2-14m波段內。
基于單模寬光譜調諧量子級聯激光器可以同時實現多種痕量氣體檢測，具有體積小、重量輕、檢測速度快、適裝性好等優點，可廣泛地應用于環境監測、工農業生產、醫療診斷、太空探索等領域。
3、THz通信
太赫茲(THz)通常是指頻率在0.1～10THz(波長為0.03～3mm)的電磁波，是宏觀電子學向微觀光子學過渡的頻段，在電磁波頻譜中占有很特殊的位置。THz通信是未來THz領域的重要應用，具有大氣不透明、帶寬寬、天線小、定向性好、安全性高和散射小等特點，決定了其應用領域非常廣泛，包括衛星間星際通信、同溫層內空對空通信、短程地面無線局域網、短程安全大氣通信以及發展THz通信理論。
