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qcl全稱量子級(jí)聯(lián)激光器，是一種新型半導(dǎo)體激光器。擁有傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器的體積小、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，但是其工作原理卻和傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器截然不同。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)激光器則是利用電子在導(dǎo)帶子帶間的躍遷發(fā)光，全程只有電子參與受激輻射。量子級(jí)聯(lián)激光器是半導(dǎo)體激光理論革新的產(chǎn)物，其極大的擴(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，量子級(jí)聯(lián)激光器則將半導(dǎo)體激光器的發(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。
傳統(tǒng)的半導(dǎo)體激光器，工作原理都是依靠半導(dǎo)體材料中導(dǎo)帶的電子和價(jià)帶中的空穴復(fù)合而激發(fā)光子，其激射波長(zhǎng)由半導(dǎo)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(dǎo)體激光器難以發(fā)出中遠(yuǎn)紅外以及太赫茲波段的激光。自然界對(duì)應(yīng)能出射中遠(yuǎn)紅外的半導(dǎo)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(jí)別。為了使半導(dǎo)體激光器也能激射中遠(yuǎn)紅外以及太赫茲波段的光，科研人員跳出了基于半導(dǎo)體材料p-n結(jié)發(fā)光的理論，提出了qcl量子級(jí)聯(lián)激光器的構(gòu)想。
qcl量子級(jí)聯(lián)激光器的工作原理為電子在半導(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。
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