1. はじめに
量子カスケードレーザー（QCL）の市場は2015年から2020にかけて堅調なCAGR（複合年間成長率）で推移し，2015年の2億ドルから，2020年には5億6700万ドルの規模に成長すると予測される。
今回は，光学・フォトニクス市場を専門とする調査会社Tematysがまとめた調査レポート「カスケードレーザーのコンポーネント&システム：技術および市場動向」から一部を紹介する。
2. 概要
最初の量子カスケードレーザーは当時のベル研究所でFaistらによって20年前に開発された。その後のカスケードレーザーの進化は目覚ましく，特に中赤外領域における応用で世間の注目を集めている。インターバンドカスケードレーザーは3−6μm領域におけるコストを大幅に削減すると期待されている。一方，量子カスケードレーザーは，高出力で3−300μmという幅広い領域に対応する。
産業用，環境用，ライフサイエンス用（Daylight SolutionsのSpero），自動車用（堀場製作所のMexa-1400QL-NX）など多様な市場でのカスケードレーザーの導入が加速している。
カスケードレーザーの応用範囲は広いが，中赤外線領域以外では，OPO，VCSEL，固体レーザー，ガスレーザー，ファイバーレーザーなど，強力な競合技術が多数存在する。言い換えれば，中赤外線領域を制することがカスケードレーザー技術の成功につながる可能性が高い。
3. カスケードレーザーの種類：QCL，ICL
カスケードレーザーには量子カスケードレーザー，インターバンドカスケードレーザーの二種類がある。
3.1 量子カスケードレーザー
量子カスケードレーザーはIII-V族半導体（化合物半導体）をベースとしている。最も普及しているのは，GaAs/AlGaAs，InGaAs/InAlAs/InPである。これらは3−24μmの中赤外領域，あるいは60−300μmのテラヘルツ領域で発振する。QCLの波長範囲を3μm以下，あるいは300μm以上に広げる研究開発も行われている。実現すれば，MHz，GHzの高速エレクトロニクスと，UV，近赤外線領域の光通信の間を埋める存在になるとされている。
実験では室温における連続発振の出力が5.1 Wまで確認されてはいるが，実際には，典型的な量子カスケードレーザーの光出力は500 mW以下である。QCLの波長範囲は，設計，媒質，その他のパラメーターにより可変である。例えば，QCLの利得媒体を外部キャビティの一部として構成し，回析格子を用いて波長のチューニングを実現することも可能である。
3.2 インターバンドカスケードレーザー
インターバンドカスケードレーザーはInAs，GaSb，AlSbをベースとし，典型的にはGaSb，またはInAsの基板上で成長する。ICLは室温において中赤外領域3−6μmで発振する。冷却器で257 Kまで温度を下げると波長を12μmまでのばすことができる。
ICLはその他の中赤外線半導体レーザーと比較すると，必要とする入力が低いという特徴を持つ。例えばタイプ IIのトランジションICLの閾値は1 kW/cm2と低く，10 kW/cm2以上のQCLと比較すると10分の1以下である。こういった理由からICLは，持ち運び可能で，バッテリーで動作するような中赤外線分光アプリケーションに適しているとされる。
