太赫兹(THz)量子级联激光器(QCL)是一种基于子带间电子跃迁的单极器件。全固态相干THz QCL作为一种重要的太赫兹辐射源具有能量转换效率高、体积小、轻便和易集成等优点。自从2001年第一次实现激射以来，THz QCL在有源区设计、波导设计、工作性能、应用等方面都有快速的发展。本文主要从THz QCL器件物理、参数优化、材料生长、器件测试及通信应用初步等方面对THz QCL进行了系统的研究。相关研究结果及创新点如下：　　 (1)研究了共振声子THz QCL器件内部的热声子效应、寄生电流沟道以及增益随温度的衰减机制，有利于正确理解器件中载流子输运的物理过程。研究结果表明，考虑热声子效应可以有效地防止低估器件的电流密度以及高估器件增益；在共振声子THz QCL中，存在多种寄生电流沟道，最主要的寄生电流沟道是注入能级与下激光能级共振而形成的寄生沟道，导致器件(阈值)电流密度比较大；热激发的激射能级问的LO声子发射是一种重要的输运机制，导致器件增益随温度升高而迅速衰减。　　 (2)运用蒙特卡洛模拟方法对共振声子THz QCL进行了参数优化设计，所得模拟结果与实验相吻合。THz QCL有源区势垒太厚会降低电子的注入和收集效率，太薄会导致电流过大、器件发热严重；掺杂浓度太高，自由载流子吸收严重，阈值增大，掺杂太低又会导致器件增益小、无光输出，本文研究了这些参数的优化值。研究结果表明，注入势垒宽度、收集势垒宽度以及掺杂浓度是影响共振声予THz QCL器件性能最重要的三个参数。器件增益对注入势垒宽度和掺杂浓度的变化很敏感，而收集势垒宽度的变化对器件增益影响较小。　　 (3)采用气态源分子束外延设备成功生长了共振声子THz QCL有源区结构，实现了THz QCL激射，激射频率为3.39 THz，脉冲模式下的最高工作温度为100 K。在本实验室完成了THz QCL器件电光性能的测试，并研究了器件性能随偏压和温度的依赖关系。研究结果表明，随驱动电流的增大，连续波和脉冲测量的发射谱都出现了频率蓝移的现象，即斯塔克移动；在高场脉冲条件下，器件出现了多模激射行为。　　 (4)初步研究了基于THz QCL与THz量子阱探测器(QWP)的通信传输，成功实现了THz QCL和THz QWP的互联并进行了文件的THz传输。THz QCL采用四阱设计，激射频率为4.1 THz；THz QWP的峰值响应频率为3.2 THz。