通常の半導体レーザーのキャリアは電子と正孔である。伝導体にある電子と価電子帯にある正孔の再結合により発光（バンド間の遷移を利用）している。
一方、量子カスケードレーザーでは、半導体量子井戸が多段接続（カスケード）されている。サブバンド間の遷移を利用した半導体レーザーの一種であり、半導体のキャリアは1種類（伝導体の電子か、価電子帯の正孔のどちらか）である。バンド間遷移による発光波長は、半導体材料のエネルギーバンドギャップに依存する。サブバンド間エネルギーの大きさは量子井戸の幅によって変えることができるため、発光波長を柔軟に設計できる。量子カスケードレーザーの発振領域は中赤外からテラヘルツ帯である。室温での出力は大きなもので20mWが実現されている。
下記は、Alpes Lasers社が公開している量子カスケードレーザーが発振するまでの様子を示す動画である。
量子カスケードレーザーの主要なメーカーには下記が挙げられる。
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