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量子級聯激光器是一種基于半導體耦合量子阱子帶間電子躍遷的單極性半導體激光器。通常在中紅外區域(約4μm至10μm)發光。與其他激光系統相比，它們在操作方式上有些不同，因為量子級聯激光器并不依賴于發光介質中不同電子狀態之間的轉換，而是在多層半導體材料中產生電子的 "級聯"，導致不同半導體層的光子發射。
量子級聯激光器的工作原理基于半導體耦合量子阱子帶間的電子躍遷。通過調整有源區量子阱的厚度，可以改變子帶的能級間距，從而實現波長的準確“裁剪”。此外，其較小的器件尺寸也是一大優點。在級聯激光器的設計中，上一部分的輸出作為下一部分的輸入，各級串聯在一起，形成級聯效應。
量子級聯激光器的輸出光束通常具有很窄的線寬和中心波長的出色可調性。導致*后發射線寬的基本過程很復雜，但自發發射過程的相對較長的壽命*后耦合到產生觀察到的激光輸出的激光模式。
量子級聯激光器在多個領域有重要應用：
氣體檢測 ：基于量子級聯激光器的紅外光譜氣體檢測技術具有靈敏度高、檢測速度快等優點，特別是在高精度光譜檢測方面表現良好，廣泛應用于氣體檢測領域。
太赫茲成像 ：用于物質監測、生物醫學成像等。
通信技術 ：作為光外差檢波技術的本地振蕩器。
環境監測 、 氣體傳感 、 紅外光譜學以及遙感技術等領域：由于其高光譜純度和穩定性，量子級聯激光器在這些領域有廣泛應用。
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