1994年Federico Capasso和同事卓以和等人在貝爾實驗室率先發明量子級聯激光器。這被視為半導體激光領域的一次革命。2000年，我國科學家李愛珍（現任美國科學院院士）的課題組在亞洲率先研制出5至8微米波段半導體量子級聯激光器，從而使中國進入了掌握此類激光器研制技術的國家行列。
量子級聯激光器(quantum cascade lasers， QCLs)是基于電子在半導體量子阱中導帶子帶間躍遷和聲子輔助共振隧穿原理的新型單極半導體器件。不同於傳統p-n結型半導體激光器的電子-空穴復合受激輻射機制，QCL受激輻射過程只有電子參與，激射波長的選擇可通過有源區的勢阱和勢壘的能帶裁剪實現。QCL引領了半導體激光理論、中紅外和THz半導體光源革命，是痕量氣體監測和自由空間通信的理想光源，在公共安全、國家安全、環境和醫學科學等領域有重大應用前景。
量子級聯激光器(QCL)是一種基于子帶間電子躍遷的中紅外波段單極光源，其工作原理與通常的半導體激光器截然不同。其激射方案是利用垂直于納米級厚度的半導體異質結薄層內由量子限制效應引起的分離電子態，在這些激發態之間產生粒子數反轉，該激光器的有源區是由耦合量子阱的多級串接組成(通常大于500層)而實現單電子注入的多光子輸出。量子級聯激光器的出現開創了利用寬帶隙材料研制中、遠紅外半導體激光器的先河，在中、遠紅外半導體激光器的發展史上樹立了新的里程碑。
近日，中國科學院半導體研究所半導體材料科學重點實驗室、低維半導體材料與器件北京市重點實驗室，在科技部、國家自然科學基金委及中科院等項目的支持下，經過努力探索，制備成功太赫茲量子級聯激光器系列產品。
太赫茲（THz）量子級聯激光器是一種通過在半導體異質結構材料的導帶中形成電子的受激光學躍遷而產生相干極化THz輻射的新型太赫茲光源。半導體材料科學重點實驗室經過多年的基礎研究和技術開發，目前推出系列太赫茲量子級聯激光器產品。頻率覆蓋2.9~3.3 THz，工作溫度10~90 K，功率5~120mW。
太赫茲波介于中紅外和微波之間，是一種安全的具有非離化特征的電磁波。它能夠穿透大多數非導電材料同時又是許多分子光學吸收的特征指紋光譜范圍。它的光子能量低（1 THz對應的能量大約4meV），穿透生物組織時不會產生有害的光電離和破壞，在應用到對生物組織的活體檢驗時，比X光更具優勢。它的波長比微波短，能夠被用于更高分辨率成像。THz波在分子指紋探測、診斷成像、安全反恐、寬帶通訊、天文研究等方面具有重大的科學價值和廣闊的應用前景。
量子級聯激光器最新進展：
1、輸出1瓦特太赫茲輻射
奧地利維也納技術大學的一組研究人員制造出一種新型量子級聯激光器，成功輸出了1瓦特的太赫茲輻射，打破了此前由美國麻省理工學院所保持的0.25瓦特的世界紀錄，成為目前世界上功率最大的太赫茲量子級聯激光器。
太赫茲射線，是波長介于微波與紅外之間的一種電磁輻射，由于物質的太赫茲光譜（包括透射譜和反射譜）包含著非常豐富的物理和化學信息，太赫茲技術被認為會對通信、遙感、天文、反恐、醫學成像以及生化檢測等領域帶來極為深遠的影響。美國稱其為“改變未來世界的十大技術”之一，日本將其列入“國家支柱十大重點戰略目標”。但一直以來，高強度的太赫茲輻射源卻很難制造。
打破世界紀錄的這種新型量子級聯激光器只有幾毫米厚，半張郵票大。它具有一個在納米尺度上量身定做的半導體層，通過使用一種特殊的融合技術，將兩個具有對稱結構的激光器結合在一起，能使整個系統產生比單個激光器強4倍的激光。由于每層量子級聯激光器中的電子只響應特定的、非連續性的能級，當對其施加恰當的電流后，電子就會一層接著一層地進行連續跳躍，而在通過每一層的時候都會以發光的形式釋放能量。通過這種方式就能產生波長為亞毫米級（介于微波和紅外之間）的太赫茲射線。