量子級(jí)聯(lián)激光器 (Quantum Cascade Laser, QCL) 誕生于1994年的美國(guó)，是一種新型半導(dǎo)體激光器。傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器發(fā)光機(jī)制是導(dǎo)帶和價(jià)帶中的電子空穴對(duì)復(fù)合發(fā)光，而量子級(jí)聯(lián)激光器的工作原理是電子在半導(dǎo)體材料導(dǎo)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(zhǎng)由導(dǎo)帶的子帶間的能量差所決定，和半導(dǎo)體材料的禁帶寬度無(wú)關(guān)，因此可以通過(guò)設(shè)計(jì)量子阱層的厚度來(lái)實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)的控制。

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

在氣體檢測(cè)方面，中遠(yuǎn)紅外波段包含了兩個(gè)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(gè)波段，如 NO、CO、CO2、NH3、SO2、SO3等。
 

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

1. 量子級(jí)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(xì)結(jié)構(gòu)，因此基于量子級(jí)聯(lián)激光器的氣體檢測(cè)系統(tǒng)分辨率要遠(yuǎn)高于其他光譜檢測(cè)方法，而且系統(tǒng)中不需要分光器件，可以通過(guò)調(diào)諧量子級(jí)聯(lián)激光器的波長(zhǎng)，就可在光電探測(cè)器中直接得到其吸收光譜。

2. 量子級(jí)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(lái)設(shè)計(jì)光學(xué)長(zhǎng)程池從而增加系統(tǒng)的吸收光程，進(jìn)而就可以提高系統(tǒng)的靈敏度，這對(duì)于低濃度的氣體檢測(cè)十分有效。