中红外激光在光谱学、遥感、医疗、环保及军事等诸多领域都有重要的应用价值和发展前景。因此对该波段激光器的研究是目前国际上的热门课题。半导体激光器由于体积小、效率高、重量轻、寿命长等一系列优点而在中红外激光的研究中备受重视。传统半导体的激射方式为电子基于电子空穴的复合机制而发光的，因而激光器的激射波长是由半导体的材料以及禁带宽度所决定的，而自然界中很难找到禁带宽度能满足红外光谱(＞2μm)的材料。这就造成了有很大一部分的波长范围尤其是中红外波段用传统的半导体激光器无法覆盖，因此，一种波长范围较广的全新的半导体激光器的研制就日益重要了。苏联约飞技术物理研究所的Kavarinov和Suris在1971年提出强电场下多量子阱中量子化的电子态之间实现光放大的原创理论概念以及之后分子束外延法(MBE)生长超薄层半导体材料而对其电子能级、波函数及其能带结构实施的量子工程相结合，在1994年量子级联激光器(quantum cascade laser简写为QCL)这种全新的半导体激光器诞生。不同于传统p-n结型半导体激光器的电子-空穴复合受激辐射机制，QCL受激辐射过程只有电子参与属于单极型激光器。激射波长的选择可通过有源区的势阱和势垒的能带裁剪实现而不受禁带宽度的限制，使得激射波长可以覆盖整个中远红外和THz波段，极大地扩宽了光谱范围。其多级级联结构所产生的载流子重复利用机制使得激射效率大幅提高。在对量子级联激光器的研究中，由于其是电子在导带子带间依靠声子共振辅助的快速传输隧穿而实现不断产生光子实现光放大，在激射出光子的过程中，非平衡态声子与电子的耦合散射对于电子传输特性起到主导作用，在理论上通常对其内量子效率和电子传输特性进行模拟分析，除了要考虑电子散射作用外，还必须考虑声子的散射作用，一般包括极性光学声子、声学声子、热平衡态声子等。　　本文基于蒙特卡洛方法求解电子-声子耦合玻尔兹曼传输方程并结合动力学理论，改变并简化了传统的设计和解析方法，模拟特定结构下的电子输运过程。首先对于低维半导体器件中载流子输运特性进行描述和分析，对影响其输运特性的各个因素展开论述，重点是光学声子的产生以及衰减过程。之后对量子级联激光器中的非平衡态光学声子的产生及其对电子传输过程的影响进行模拟及理论分析，得出电子漂移速度与外加电场的关系，即在一定偏压范围内（约5kV/cm），电子漂移速度随着偏压不断升高，之后漂移速度开始下降。通过比较不同偏压对声子数目的影响曲线，以及声子产生速率与外加偏压的关系，从而得出声子特性并通过比较分析得出电子漂移速度与产生声子数目的关系并给出相应物理因素分析，最后强调了纵光学声子衰减为声学声子在电子传输过程中的重要性，并预测利用超短（假设脉宽皮秒量级）脉冲激励方式可以加速电子冷去速率从而提高室温性能和转化效率。