qcl全稱量子級聯激光器，是一種新型半導體激光器。擁有傳統半導體激光器的體積小、壽命長等特點，但是其工作原理卻和傳統半導體激光器截然不同。傳統半導體激光器發光機制是導帶和價帶中的電子空穴對復合發光，而量子級聯激光器則是利用電子在導帶子帶間的躍遷發光，全程只有電子參與受激輻射。量子級聯激光器是半導體激光理論革新的產物，其極大的擴展了半導體激光器激射范圍。在量子級聯激光器發明之前，傳統半導體激光器其發射波長主要在可見光和近紅外波段，量子級聯激光器則將半導體激光器的發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用。
傳統的半導體激光器，工作原理都是依靠半導體材料中導帶的電子和價帶中的空穴復合而激發光子，其激射波長由半導體材料的禁帶寬度所決定，由于受禁帶寬度的限制，使得半導體激光器難以發出中遠紅外以及太赫茲波段的激光。自然界對應能出射中遠紅外的半導體材料-鉛鹽系材料，其只能在低溫下工作，且輸出功率極低，為微瓦級別。為了使半導體激光器也能激射中遠紅外以及太赫茲波段的光，科研人員跳出了基于半導體材料p-n結發光的理論，提出了qcl量子級聯激光器的構想。
qcl量子級聯激光器的工作原理為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，因此可以通過設計量子阱層的厚度來實現波長的控制。
