Ein Ouantenkaskadenlaser (englisch Quantum-Cascade Laser, QCL) ist ein spezieller Typ von Halbleiterlaser mit dem Laserlicht im Bereich der Infrarotstrahlung erzeugt werden kann.
Die Laserstrahlung entsteht durch elektronische Übergänge in einer sogenannten Quantenfilmstruktur. Diese besteht aus einer epitaktisch hergestellten Stapelfolge verschiedener Halbleiterschichten. Die gesamte Quantenfilmstruktur kann mehr als tausend Schichten umfassen, von denen die dünnsten nur wenige Atomlagen messen. Aufgrund dieser extrem geringen Abmessung werden Elektronen in einer solchen Schicht in ihren Freiheitsgraden gezielt eingeschränkt und können nur bestimmte energetische Zustände einnehmen. Übergange zwischen den Niveaus in der Quantenstruktur sind unter bestimmten Voraussetzungen möglich.
Quantenkaskadenlaser kann man mit einer künstlichen Wasserkaskade vergleichen, bei der Elektronen unter Aussendung von Lichtquanten von Stufe zu Stufe fließen. Die ausgestrahlte Lichtwellenlänge wird bei QCLs im Wesentlichen durch die Schichtfolge bestimmt, was es ermöglicht, die Wellenlänge über weite Bereiche gezielt zu variieren. QCLs im langwelligen Terahertz-Bereich mit Wellenlängen von 50 bis 200 Mikrometer kommen zum Beispiel in astronomischen Höchstauflösungs-Spektrometern zum Einsatz. Astrophysiker erhoffen sich dadurch tiefere Einblicke in die Natur des interstellaren Mediums.
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