摘要：量子级联激光器(QCLs)是量子裁剪技术及量子设计应用在中远红外波段激光发射器设计上的优秀成果。对量子级联激光器的研究设计,具有重要的理论意义和实用价值,无论在污染监控、激光光谱学,还是在医学,通讯,光检测等领域都有着重要的应用前景及价值。自出现以来,量子级联激光器便一直通过多样的设计方式在InP/GaInAs/AlInAs材料体系上实现在宽温度和广波段范围内工作。近年来,在GaAs/AlGaAs异质结构上也成功实现了量子级联激光器的设计并呈现出更多的优点。本论文对量子级联激光器的发展历史及发展现状做了简要概述,主要研究了GaAs/AlGaAs量子级联激光器设计,并取得以下成果。1.论文介绍了对薛定谔方程的数值解法,利用matlab语言对其进行编程实现对薛定谔方程的数值解,另外,我们推导了半导体量子级联激光器激射跃迁发光的速率方程,得到了相应的粒子数反转条件。2.介绍了基于不同材料体系下半导体量子级联激光器的不同特点,并给出了基于Al0.3Ga0.7As材料体系有源区三阱结构激射波长为18.3μm的半导体量子级联激光器的设计,包括有源区单元厚度、垒高、量子阱宽度、垒宽度以及偏压的选择等。3.计算出了基于Al0.3Ga0.7As材料体系有源区三阱结构激射波长为18.3μm的半导体量子级联激光器有源区的带内弛豫时间及带间跃迁弛豫时间,并验证了量子级联激光器粒子数反转条件的实现。