量子級聯激光器（QCL）是在電磁頻譜的中紅外到遠紅外部分發射的半導體激光器，最早由貝爾實驗室的Jerome Faist、Federico Capasso、Deborah Sivco、Carlo Sirtori、Albert Hutchinson和Alfred Cho進行了演示。

不同于典型的帶間的半導體激光器發射的電磁輻射通過的再結合的電子-空穴對跨材料帶隙，量子級聯激光器是單極和激光發射通過使用實現間躍遷在半導體數倍的重復堆疊量子阱異質結構，一個想法RF Kazarinov和RA Suris于1971年首次在論文“在具有超晶格的半導體中放大電磁波的可能性”中提出。

雖然量子級聯增益介質可用于產生超發光配置的非相干光，但最常與光學腔結合使用以形成激光器。

這是最簡單的量子級聯激光器。首先由量子級聯材料制成光波導以形成增益介質。然后，將晶體半導體器件的兩端劈開，在波導的任一端形成兩個平行鏡，從而形成一個法布里-珀羅諧振器。來自半導體-空氣界面的劈開面上的殘留反射率足以產生諧振器。法布里-珀羅量子級聯激光器能夠產生高功率，但通常在較高工作電流下為多模。可以主要通過改變QC器件的溫度來改變波長。

甲分布反饋（DFB）量子級聯激光器類似于法布里-珀羅激光器，除了一個分布式布拉格反射器（DBR）建立在所述波導的頂部，以防止它從除發射所需波長在其他。即使在更高的工作電流下，這也會強制激光器進行單模工作。盡管可以通過脈沖DFB激光器獲得有趣的調諧變化，但主要可以通過改變溫度來調諧DFB激光器。在這種模式下，激光的波長在脈沖過程中迅速“?chi?”，從而可以快速掃描光譜區域。

在外腔（EC）量子級聯激光器中，量子級聯設備用作激光增益介質。波導小平面中的一個或兩個都具有抗反射涂層，該涂層可以抵抗劈開的小平面的光腔作用。然后，以QC設備外部的配置形式放置反射鏡以創建光學腔。

如果在外腔中包括頻率選擇元件，則可以將激光發射降低到單個波長，甚至調諧輻射。例如，衍射光柵已被用來創建一個可調諧激光器，其中心波長的可調諧超過15％。

存在幾種僅使用單片集成元件來擴展量子級聯激光器的調諧范圍的方法。集成加熱器可以將固定工作溫度下的調諧范圍擴展到中心波長的0.7％，通過游標效應工作的上層結構光柵可以將其擴展到中心波長的4％，而相比之下，<0.1％標準DFB設備。