CO2激光器的主要特點(diǎn)是輸出功率大、能量轉(zhuǎn)換效率高、輸出波長(zhǎng)(10.6um)正好處于大氣窗口，故廣泛用于激光加工、醫(yī)療、大氣通信及其他軍事應(yīng)用。CO2激光器以CO2、N2和He的混和氣體為工作物質(zhì)。激光躍遷發(fā)生在CO2分子的電子基態(tài)的兩個(gè)振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)之間。N2 的作用是提高激光上能級(jí)的激勵(lì)效率,He則有助于擊鼓那個(gè)下能級(jí)的抽空。

CO2激光器中有三個(gè)過(guò)程將CO2分子激發(fā):直接電子碰撞、級(jí)聯(lián)躍遷和共振轉(zhuǎn)移,其中共振轉(zhuǎn)移的概率最大，作用也最為顯著。CO2 分子激光躍遷下能級(jí)的抽空主要依靠氣體分子間的碰撞。輻射波長(zhǎng)較長(zhǎng)使CO2激光躍遷能級(jí)間的自發(fā)輻射譜線具有較小的多普勒加寬，在溫度為400K 時(shí)Ovb≈60MHz。碰撞加寬不可忽視，在高氣壓情況下，碰撞加寬可占主導(dǎo)地位。

CO2激光器的諧振腔大多采用平凹腔，由于其增益高，也可采用非穩(wěn)腔以增加其模體積。高反射鏡可用金屬制成，也可在玻璃表面鍍以金膜,輸出端可采用小孔耦合方式或由可透過(guò)紅外光的Ge、GaAs等材料制成輸出窗。CO2激光器工作氣壓不同，譜線線型也不同，輸出功率與譜線增寬性質(zhì)有關(guān)。當(dāng)氣壓P<2X10 Pa時(shí)，譜線為非均勻增寬和綜合增寬，當(dāng)P>2X10'Pa時(shí),線型為均勻增寬。對(duì)中小功率CO2激光器,影響其輸出功率的因素有:注人功率、放電管尺寸、放電參數(shù)和氣體溫度。

CO2激光器可分為七類(lèi):縱向慢流CO2激光器、封離型CO2激光器、縱向快流CO2激光器、橫向流動(dòng)CO2激光器、橫向激勵(lì)大氣壓CO2激光器、氣動(dòng)CO2激光器和波導(dǎo)CO2激光器。