1994年美國貝爾實驗室發(fā)明的量子級聯(lián)激光器(QCL)開創(chuàng)了具有基礎性、戰(zhàn)略性、前瞻性的半導體激光前沿領(lǐng)域。3～5μm中紅外波段，8～14μm遠紅外波段是十分重要的大氣窗口，工作于該波段的激光器和探測器對國家安全和國民經(jīng)濟建設具有十分重要的意義，然而，中遠紅外激光器的發(fā)展卻相當遲緩，其原因是無論是1962年發(fā)明的同質(zhì)結(jié)激光器還是20世紀70年代發(fā)明的GaAs/A1GaAs異質(zhì)結(jié)激光器或是量子阱激光器，這類常規(guī)的pn結(jié)半導體激光器的激射是依賴于半導體材料價帶的空穴和導帶的電子復合，以光子的形式輻射能量，實現(xiàn)激射，其激射波長完全由半導體材料的能隙(禁帶寬度)決定，由于自然界缺少能隙適于中遠紅外波段的理想的半導體材料而導致中遠紅外波段半導體激光器發(fā)展緩慢。20世紀70年代以來，科學家力圖通過建立新的半導體激光激射理論以期從根本上突破中遠紅外半導體激光器長期停滯的局面。1971年前蘇聯(lián)科學家Kazatinov和Suris提出了光助隧穿的概念，即帶間子帶的發(fā)光能量等于隧穿初態(tài)和終態(tài)電子能級的差異，這一概念經(jīng)美國貝爾實驗室科學家的發(fā)展，于1986年Capasso博士提出隧穿電子在量子阱區(qū)帶內(nèi)子帶發(fā)光的新思想，之后1988年H.L.Liu(劉惠春)博士建議采用三阱結(jié)構(gòu)實現(xiàn)中遠紅外發(fā)光。但隨后人們逐步認識到由于載流子輻射壽命為納秒(10-9)量級，遠遠高于光學聲子的能量壽命(10-12，皮秒數(shù)量級)，要實現(xiàn)高于光學聲子能量(36meV)的帶內(nèi)子帶粒子數(shù)反轉(zhuǎn)相當困難。90年代初，貝爾實驗室采用InGaAs/InA1As體系，設計了三阱結(jié)構(gòu)，并將注入阱阱寬壓縮至0.8～1nm，從而將注入阱能級到有源阱能級的光子躍遷壽命降至光學聲子能量壽命數(shù)量級，使有源區(qū)帶內(nèi)子能級間的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)成為可能貝爾實驗室的科學家將近20年發(fā)展起來的分子束外延技術(shù)成功地實現(xiàn)了單原子層尺度的量子級聯(lián)結(jié)構(gòu)的生長，于1994年宣布發(fā)明第一只4.3μm中紅外量子級聯(lián)激光器。與傳統(tǒng)的pn結(jié)半導體激光器二極管不同，量子級聯(lián)激光器是單極型激光器，它只有電子參加，通過量子阱導帶激發(fā)態(tài)子能級電子共振躍遷到基態(tài)釋放能量，發(fā)射光子并隧穿到下一級，一級一級傳遞下去，其激射波長取決于由量子限制效應決定的兩個激發(fā)態(tài)之間的能量差，而與半導體材料的能隙地勻。因此，量子級聯(lián)激光器的發(fā)明被視為半導體激光理論的一次革命和里程碑。量子級聯(lián)激光理論的創(chuàng)立和量子級聯(lián)激光器的發(fā)明使中遠紅外波段高可靠、高功率和高特征溫度半導體激光器的實現(xiàn)成為可能。目前國際上已研制出3.6～19μm中遠紅外量子級聯(lián)激光器。8μm的分布反饋量子級聯(lián)激光器已進入實用化，8.4μm脈沖QCL工作溫度已高于150℃。正因為它在學科發(fā)展和應用兩方面的重要意義，以及中遠紅外波段的敏感性，因此文獻只給結(jié)果，不描述科學技術(shù)關(guān)鍵。��

    1994～1995年間，對問世不久的量子級聯(lián)激光器進行了系統(tǒng)的調(diào)研之后，進一步認識到QCL的問世開拓了極為重要和極為敏感的中遠紅外半導體量子光電子前沿領(lǐng)域，既具有豐富的物理內(nèi)涵，能促進新學科、交叉學科和原子層量級材料科學和生長技術(shù)的發(fā)展，而且在國家安全，環(huán)保，新一代通信光源領(lǐng)域有重要的應用前景。我國當時在這一前沿學科領(lǐng)域尚處于全面空白，因此從1995年開始，我們在這一新開創(chuàng)的領(lǐng)域進行了艱辛的探索，并先后被中國科學院上海分院列為擇優(yōu)基金和被列為“九五”中國科學院基礎性研究重大項目以及隨后得到知識創(chuàng)新項目的支持，使得項目在量子級聯(lián)激光理論，量子級聯(lián)激光器結(jié)構(gòu)設計，量子級聯(lián)激光器材料生長和器件驗證，量子級聯(lián)激光器材料和器件表征方法和技術(shù)取得了可喜的進展，并于1999年10月進行了階段成果鑒定。