中文摘要：

本项研究以中远红外波段十分重要的光源- - 量子级联激光器为对象，以改进激光器有源核设计为目标。旨在找到一个描述该激光器有源核中界面声子能量色散关系和静电势分布的更为精确的模型，并从理论和实验两方面验证该模型的正确性。在此基础上，用改进后的模型研究激光器中的粒子数反转和增益等特性，为设计新的量子级联激光器提供依据。通过研究将考察目前该激光器研究的基本假设（有源核各相同单元中进行着相同的物理过程）是否正确。这项研究将从本质上加深对量子级联激光器物理过程的理解，有助于改进有源核的设计，实现激光器性能的突破。

结论摘要：

结合传输矩阵模型和布洛赫理论，得到了严格的量子级联激光器（QCL）界面声子色散关系和静电势分布特性，并成功运用于激光器设计，得到了基于电子－界面声子散射的QCL，获得激射。为进一步研究激光器内电子、声子的特性及相互作用提供了理论和实验依据。提出了新颖的波导与光栅结构，研制出室温分布反馈量子级联激光器（DFB-QCL），其阈值密度为目前国际最好结果之一。该工作不仅提出了改善DFB-QCL性能的新方法，还有助于研究中红外波段的"金属－半导体表面等离子"特性。利用"双声子共振"有源区构建了较宽的激光器增益特性，并结合不同周期的光栅，在同一外延结构上研制出一系列不同波长的DFB-QCL。为研制用于多种气体检测的"多通道分布反馈量子级联激光器阵列"开辟了新的途径。利用自主研制的DFB-QCL开展了气体检测研究，成功地利用激光器热啁啾导致的光谱展宽检测到目标气体的特征吸收谱线。在利用脉冲工作的DFB-QCL检测气体分子方面做出了有特色的尝试。发表APL、PRB等SCI论文 篇，受理发明专利5项。国际学术交流1人次（6个月），学术会议国际4人次，国内5人次，正培养博士生2名，硕士生2名。