日前，美國Princeton大學和英國Sheffield大學的研究人員合作開發出雙波長輸出的中紅外量子級聯（QC）激光器，該項研究的負責人為Princeton大學電子工程系中紅外技術在健康和環境領域應用中心（MIRTHE）的主任Claire Gmachl教授。該QC激光器采用不同于傳統QC激光器的運行機制和運行溫度，為QC激光器在醫療診斷和環境遙感領域的應用開辟了新的道路。 Princeton大學電子工程系研究生Kale Franz表示：“這項研究表明，我們需要重新審視以往對QC激光器的認識，對QC激光器的載流子動力學行為進行更加深入的研究，這樣做將有望在今后進一步改進QC激光器的性能。Gmachl Princeton表示：“改進QC激光器的性能可以提高光譜激光系統的特性，實現更加靈活、成本更低的應用。” Kale Franz和他的同事Stefan Menzel仔細研究了一些最初難以解釋的數據，這些數據表明存在第二個激光波長，并且其性能與溫度有關。隨之，他們發明了高K-空間（K代表波數，即電子動量）激光器。 激光產生的機制源于粒子數反轉，在這個過程中電子先被泵浦到較高的能級，隨后電子從高能級躍遷到低能級，同時輻射光子。在單個能帶內，電子通常位于K-空間最低值，即零附近。光躍遷通過這些低K值電子產生。在QC激光器中，利用K值為零的空間非局域能態準平衡電子，粒子數反轉可以實現最大化。 研究人員設計了一種獨特的QC激光器結構，利用電子從能態５躍遷到能態４（5→4）實現第一個波長（見圖）。傳統的QC激光器電子從能態3躍遷到能態2（3→2）。5→4躍遷產生激光振蕩的同時，4→2躍遷也產生激光振蕩，因此可以實現雙波長輸出的QC激光器。5→4躍遷對應波長為9.5