量子級聯(lián)激光器 (Quantum Cascade Laser, QCL) 誕生于1994年的美國，是一種新型半導體激光器。傳統(tǒng)半導體激光器發(fā)光機制是導帶和價帶中的電子空穴對復合發(fā)光，而量子級聯(lián)激光器的工作原理是電子在半導體材料導帶的子帶間躍遷和聲子共振輔助隧穿從而產(chǎn)生光放大，其出射波長由導帶的子帶間的能量差所決定，和半導體材料的禁帶寬度無關(guān)，因此可以通過設(shè)計量子阱層的厚度來實現(xiàn)波長的控制。

量子級聯(lián)激光器是半導體激光理論革新的產(chǎn)物，它極大地擴展了半導體激光器激射范圍。在量子級聯(lián)激光器發(fā)明之前，傳統(tǒng)半導體激光器其發(fā)射波長主要在可見光和近紅外波段，而量子級聯(lián)激光器則將發(fā)光范圍拓展到了中遠紅外以及太赫茲波段，使其在氣體檢測、空間通訊、紅外對抗、太赫茲成像等方面得到了越來越多的應(yīng)用。同時，量子級聯(lián)激光器還具有高單色性、高相干性、高方向性、高亮度、長壽命等優(yōu)勢。

在氣體檢測方面，中遠紅外波段包含了兩個重要的大氣窗口：3-5μm和8-13μm波段。很多氣體的特征吸收峰都在這個波段，如 NO、CO、CO2、NH3、SO2、SO3等。
 

基于量子級聯(lián)激光技術(shù)的氣體檢測系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的氣體檢測技術(shù)，有兩大優(yōu)勢：

1. 量子級聯(lián)激光器具有很窄的光譜線寬，可以獲得氣體分子、原子光譜線中精細結(jié)構(gòu)，因此基于量子級聯(lián)激光器的氣體檢測系統(tǒng)分辨率要遠高于其他光譜檢測方法，而且系統(tǒng)中不需要分光器件，可以通過調(diào)諧量子級聯(lián)激光器的波長，就可在光電探測器中直接得到其吸收光譜。

2. 量子級聯(lián)激光器的光束質(zhì)量好，出射光的發(fā)散角小，可以利用光的反射來設(shè)計光學長程池從而增加系統(tǒng)的吸收光程，進而就可以提高系統(tǒng)的靈敏度，這對于低濃度的氣體檢測十分有效。