據(jù)麥姆斯咨詢(xún)報(bào)道，全球量子級(jí)聯(lián)激光器（QuantumCascadeLasers,QCL）市場(chǎng)2017——2022年期間的復(fù)合年增長(zhǎng)率為3.9%，預(yù)計(jì)市場(chǎng)有望到2022年增長(zhǎng)至3.748億美元。

　　什么是量子級(jí)聯(lián)激光器？

　　量子級(jí)聯(lián)激光器的發(fā)明是半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域中具有里程碑意義的發(fā)展,開(kāi)創(chuàng)了中遠(yuǎn)紅外半導(dǎo)體激光的新領(lǐng)域。因?yàn)樵谥羞h(yuǎn)紅外波段，能用的激光器太少，而它恰恰能夠工作于中紅外區(qū)域（2.75-25μm），甚至太赫茲波段，而且波長(zhǎng)可調(diào)。

　　雖為半導(dǎo)體激光器，但是它的工作原理與通常的半導(dǎo)體激光器截然不同。它打破了傳統(tǒng)p-n結(jié)型半導(dǎo)體激光器的電子-空穴復(fù)合受激輻射機(jī)制，其發(fā)光波長(zhǎng)由半導(dǎo)體能隙來(lái)決定。QCL受激輻射過(guò)程只有電子參與，其激射方案是利用在半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)薄層內(nèi)由量子限制效應(yīng)引起的分離電子態(tài)之間產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)單電子注入的多光子輸出，并且可以輕松得通過(guò)改變量子阱層的厚度來(lái)改變發(fā)光波長(zhǎng)。

　　它的級(jí)聯(lián)過(guò)程，即電子從高能級(jí)跳躍到低能級(jí)過(guò)程中，不但沒(méi)有損失，還可以注入到下一個(gè)過(guò)程再次發(fā)光。這個(gè)級(jí)聯(lián)過(guò)程使這些電子“循環(huán)”起來(lái)，從而造就了一種令人驚嘆的激光器。

　　量子級(jí)聯(lián)激光器能做什么？

　　量子級(jí)聯(lián)激光器目前的主要用途是氣體檢測(cè)、紅外對(duì)抗和太赫茲通信，尤其是在中波紅外4-6μm波段，基本達(dá)到了實(shí)用化程度。

　　1）氣體檢測(cè)

　　溫室效應(yīng)氣體CO2、CH4、N2O等，以及神經(jīng)毒氣、糜爛毒氣、爆炸物等氣體，與疾病診斷如哮喘、潰瘍、腎、肝、胸、肺、糖尿病、器官排異、精神分裂等有關(guān)的特征氣體，其基頻吸收譜線(xiàn)均落在2-14μm波段內(nèi)，而這正是QCL激光器的作用波段，所以它可廣泛應(yīng)用于國(guó)家安全、環(huán)境監(jiān)測(cè)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療診斷、太空探索等領(lǐng)域。

　　通常QCL都會(huì)被集成到光譜儀中，完成紅外光譜檢測(cè)。QCL被認(rèn)為是當(dāng)前中遠(yuǎn)紅外范圍內(nèi)進(jìn)行氣體檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)光源。

　　2)紅外對(duì)抗

　　定向紅外對(duì)抗，通俗來(lái)說(shuō)就是防止飛機(jī)受到紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈的威脅，是目前最有效的制導(dǎo)手段，一直備受世界各軍事大國(guó)的關(guān)注。QCL激光器鎖定目標(biāo)后發(fā)射低功率激光脈沖來(lái)干擾導(dǎo)彈的制導(dǎo)系統(tǒng)，使其失去方向，從而保障飛機(jī)的安全，適合配備在直升機(jī)、傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)和小型固定翼飛機(jī)上使用。

　　早期的定向紅外裝備中使用的是中波光參量振蕩激光器。現(xiàn)在有些國(guó)家的軍隊(duì)已開(kāi)始更新?lián)Q代，使用QCL激光器。例如美國(guó)陸軍投入約15億美元開(kāi)展了“通用紅外對(duì)抗系統(tǒng)”（CIRCM）項(xiàng)目，全部采用更新?lián)Q代的QCL激光器。據(jù)悉美國(guó)陸軍定制了1076套系統(tǒng)，計(jì)劃2017年底正式裝備。

　　由此可見(jiàn)，QCL激光器將會(huì)成為紅外對(duì)抗系統(tǒng)中的主力。

　　當(dāng)前CH-47“支奴干”直升機(jī)上裝備的“高級(jí)威脅紅外對(duì)抗系統(tǒng)”ATIRCM，其對(duì)于陸軍的飛機(jī)而言體積過(guò)大，未來(lái)將被CIRCM取代

　　3）太赫茲（THz）通信

　　THz通信是未來(lái)THz領(lǐng)域的重要應(yīng)用，但因THz發(fā)射源及探測(cè)器的缺乏，導(dǎo)致THz技術(shù)起步較晚。目前THz源發(fā)射器的研究方向主要有THz-QCL、差頻發(fā)生器（DFG）、參量振蕩器（TPO）及其他THz源發(fā)生器。

　　其中，THz-QCL具有電光轉(zhuǎn)換效率高、體積小、重量輕、適裝性好等優(yōu)點(diǎn)，是QCL的重要發(fā)展方向，將在通訊、成像和譜分析等技術(shù)領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。