Квантовые каскадные лазеры (QCL лазеры) представляют собой тип полупроводникового лазера, который использует квантовые ямы, выращенные методом эпитаксии и содержащие электроны в состоянии генерации. Они впервые были продемонстрированы Bell Labs Team в 1994 году. Оптическая физика квантового каскадного лазера отличается от диодного лазера. В квантовом каскадном лазере генерация излучения происходит между состояниями в пределах одной квантовой ямы, в то время как в диодном лазере переходы осуществляются между зоной проводимости и валентной зоной полупроводникового материала.
Одним из преимуществ этой конструкции является то, что электрон несет ответственность за эмиссию фотонных туннелей в следующую квантовую яму и, как следствие, несколько фотонов могут быть получены с помощью одного электрона, тем самым делая их чрезвычайно эффективными. Туннелирование из одной ямы в другую - вот откуда берется термин "квантовый каскад". Кроме того глубина ямы также может быть сконструирована путем регулирования глубины слоя в процессе изготовления и, следовательно, длина волны лазерного перехода зависит от физической структуры прибора. Благодаря тщательному проектированию квантовых ям была достигнута генерация лазерного излучения на длинах волн короче 2,75 мкм, и так длиннее чем 161 мкм (1.9 ТГц). Чем длиннее длина волны излучения лазера, тем требуется криогенное охлаждение, но работа при комнатной температуре, как наблюдалось, осуществляется, по крайней мере, до 16 мкм. Таким образом, интерес к квантовым каскадным лазерам был сосредоточен в средней инфракрасной области спектра (3.5-13 мкм) и терагерцовом диапазоне (2-5 ТГц ≈ 60-150 мкм).
