量子级联激光器（Quantum Cascade Lasers，QCLs）作为一种新颖的半导体相干光源，是“能带工程”与高精度低维材料外延技术相结合的光辉典范。区别于依赖导带电子-价带空穴复合的传统双极性带间半导体激光器，其利用单极性的电子在导带内分立的子带量子能级间辐射跃迁实现光增益，这些能级由基于分子束外延（MBE）或金属有机化学气相沉积（MOCVD）等先进低维材料生长技术制得的纳米尺度异质结构材料——量子阱和垒形成。
QCLs以其强大的波长剪裁能力闻名，由于子带形成于导带内，可以在不改变材料体系的情况下仅通过对量子阱/垒的厚度剪裁来调节子带能级差，理论上能级差可以无限小而与体材料带隙没有直接关系，因此可实现器件激射波长的大范围尤其是向中远红外方向的调节。目前QCLs已覆盖了2.65 μm—300 μm 波长范围、并在3至20 μm 波段可室温工作，而InP 基的QCLs在4-10 μm 波段已有瓦级输出功率水平，并已应用开发、商品化。
自1994年第一只QCL问世以来，理论、材料和器件研究日趋深入全面，性能逐年提高，耦合量子阱增益区是级联材料的核心，基本上每一次材料、器件性能的重要突破，都和巧妙设计的新型增益区结构密不可分，其中以InP 基QCLs表现尤为突出，但仍一些问题一直没有得到很好地解决，包括器件比较低的功率转化效率（目前也仅是在低温下获得最高约为 50%的效率，因为此时声子散射的效应相对要弱一些），比较高的阈值电流密度（一般在 kA/cm2 量级），尤其是当工作波长向长波长甚至太赫兹方向扩展时，器件性能退化明显。
为了拓展QCLs的工作甜区、实现全波红外室温（连续波）器件，研究人员在继续挖掘现有GaAs、InP基材料体系潜力的同时，进一步地开展了如GaSb基、GaN基级联材料的研究，其中前者由于其更低的载流子有效质量、更大的导带带阶以及还不错的材料外延质量，在长波段已经显示出了一定优势，而后者的提出主要是为了解决远红外的太赫兹波段器件的声子瓶颈失效、无法室温工作的问题——GaN的纵光学声子能量高达92 meV。需要指出的是目前所有的QCLs基本上都是基于量子阱型增益区，微观电子-光子-声子相互作用受到导带内连续型子带结构的影响显著，为了从原理上提高器件性能，量子点级联激光器的概念应运而生，基本思路是利用量子点阵列取代有源区中的量子阱，即声子瓶颈效应，以期大幅提高粒子数反转效率、降低阈值和改善功率转化效率。
QCLs在众多中远红外光源中具有独特的产业化优势，特别是器件的小型、低功耗、高效率等，给未来的应用如遥感、计量以及红外干扰等创造了便利的条件，是目前其他光源不可替代的。在进一步解决在材料外延以及器件工艺过程中的一系列关键工程化问题后，其将成为全波红外段激光器的终极选择。
在2020年第1期出版的《半导体学报》中，中科院半导体所的王占国院士撰写了Comments and Opinions文章《Quantum Cascade Lasers: from sketch to mainstream in the mid and far infrared》，综述了量子级联激光器的发展脉络，展望了其未来发展方向。
