構(gòu)成一個(gè)激光器必須具備以下三個(gè)部分，工作物質(zhì)、泵浦源和光學(xué)諧振腔。工作物質(zhì)在泵浦源的作用下發(fā)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，成為激活物質(zhì)，從而有光的放大作用，放大的光一部分反饋回來(lái)參加激勵(lì)，諧振腔產(chǎn)生振蕩，滿(mǎn)足一定條件后即可產(chǎn)生激光。

除自由電子激光器外，各種激光器的基本工作原理均相同。產(chǎn)生激光的必不可少的條件是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)和增益大于損耗，所以裝置中必不可少的組成部分有激勵(lì)源、具有亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)的工作介質(zhì)兩個(gè)部分。激勵(lì)是工作介質(zhì)吸收外來(lái)能量后激發(fā)到激發(fā)態(tài)，為實(shí)現(xiàn)并維持粒子數(shù)反轉(zhuǎn)創(chuàng)造條件。激勵(lì)方式有光學(xué)激勵(lì)、電激勵(lì)、化學(xué)激勵(lì)和核能激勵(lì)等，工作介質(zhì)具有亞穩(wěn)能級(jí)是使受激輻射占主導(dǎo)地位，從而實(shí)現(xiàn)光放大。

激光發(fā)射器原理

增益介質(zhì)通過(guò)吸收泵浦光來(lái)達(dá)到輸出激光的目的，但需要一個(gè)諧振腔提供反饋來(lái)實(shí)現(xiàn)激光振蕩。

電極之間高壓放電，由媒介（如CO2)激發(fā)產(chǎn)生產(chǎn)生鐳射光。
二氧化碳激光器，可稱(chēng)“隱身人”，它發(fā)出的激光波長(zhǎng)為10.6 微米，“身”處紅外區(qū)，肉眼不能覺(jué)察，它的工作方式有連續(xù)、脈沖兩種，用于激光切割，焊接，鉆孔和表面處理。
連續(xù)方式產(chǎn)生的激光功率可達(dá)20 千瓦以上。脈沖方式產(chǎn)生波長(zhǎng)10.6 微米的激光也是最強(qiáng)大的一種激光。
人們已用它來(lái)“打”出原子核中的中子。二氧化碳激光器的出現(xiàn)是激光發(fā)展中的重大進(jìn)展，也是光武器和核聚變研究中的重大成果。
最普通的二氧化碳激光器是一支長(zhǎng)1 米左右的放電管。它產(chǎn)生的激光是看不見(jiàn)的，在磚上足以把磚頭燒到發(fā)出耀眼的白光。二氧化碳激光于1964年首次運(yùn)用其波長(zhǎng)為10.6μm。

與其它分子激光器相同，CO2激光器工作原理其受激起射進(jìn)程也較凌亂。分子有三種不相同的運(yùn)動(dòng)，即分子里電子的運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)抉擇了分子的電子能態(tài)；二是分子里的原子振動(dòng)，即分子里原子盤(pán)繞其平衡位置不停地作周期性振動(dòng)——并抉擇于分子的振動(dòng)能態(tài)；三是分子翻滾，即分子為一全體在空間接連地旋轉(zhuǎn)，分子的這種運(yùn)動(dòng)抉擇了分子的翻滾能態(tài)。分子運(yùn)動(dòng)極端凌亂，因此能級(jí)也很凌亂。

CO2分子為線(xiàn)性對(duì)稱(chēng)分子，兩個(gè)氧原子分別在碳原子的兩頭，所表明的是原子的平衡位置。分子里的各原子一向運(yùn)動(dòng)著，要繞其平衡位置不停地振動(dòng)。依據(jù)分子振動(dòng)理論，CO2有三種不相同的振動(dòng)辦法：
①二個(gè)氧原子沿分子軸，向相反方向振動(dòng)，即兩個(gè)氧在振動(dòng)中一起抵達(dá)振動(dòng)的最大值和平衡值，而此刻分子中的碳原子靜止不動(dòng)，因此其振動(dòng)被叫做對(duì)稱(chēng)振動(dòng)。

②兩個(gè)氧原子在垂直于分子軸的方向振動(dòng)，且振動(dòng)方向相同，而碳原子則向相反的方向垂直于分子軸振動(dòng)。因?yàn)槿齻�(gè)原子的振動(dòng)是同步的，又稱(chēng)為變形振動(dòng)。

③三個(gè)原子沿對(duì)稱(chēng)軸振動(dòng)，其間碳原子的振動(dòng)方向與兩個(gè)氧原子相反，又叫反對(duì)稱(chēng)振動(dòng)能。在這三種不相同的振動(dòng)辦法中，判定了有不相同組別的能級(jí)。

CO2激光的激起進(jìn)程：CO2激光器的工作物質(zhì)是CO2、He、N2、Xe的混合氣體，激光由CO2分子發(fā)射，其它氣體協(xié)助改善激光器的工作條件，提高激光器輸出功率水平和使用壽命，輸出波長(zhǎng)：λ=10.6μm，CO2激光器是輸出功率最高的氣體激光器，有連續(xù)輸出50kW；脈沖輸出10^12W的激光器。

CO2激光器中，主要的工作物質(zhì)由CO₂，氮?dú)�，氦氣三種氣體組成。其中CO₂是產(chǎn)生激光輻射的氣體、氮?dú)饧昂�氣為輔助性氣體。加入其中的氦，可以加速010能級(jí)熱弛豫過(guò)程，因此有利于激光能級(jí)100及020的抽空。氮?dú)饧尤胫饕�在CO₂激光器中起能量傳遞作用，為CO₂激光上能級(jí)粒子數(shù)的積累與大功率高效率的激光輸出起到強(qiáng)有力的作用。

CO₂激光器的激發(fā)條件：放電管中，通常輸入幾十mA或幾百mA的直流電流。放電時(shí)，放電管中的混合氣體內(nèi)的氮分子由于受到電子的撞擊而被激發(fā)起來(lái)。這時(shí)受到激發(fā)的氮分子便和CO₂分子發(fā)生碰撞，N2分子把自己的能量傳遞給CO2分子，CO₂分子從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)上形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)發(fā)出激光。

原理
二氧化碳激光是一種分子激光。主要的物質(zhì)是二氧化碳分子。它可以表現(xiàn)多種能量狀態(tài)這要視其震動(dòng)和旋轉(zhuǎn)的形態(tài)而定�；�本的能量網(wǎng)狀見(jiàn)圖1。二氧化碳里的混合氣體是由于電子釋放而造成的低壓氣體（通常30-50托）形成的等離子。
如麥克斯韋-波爾茲曼分布定律所說(shuō)，在等離子里，分子呈現(xiàn)多種激發(fā)態(tài)。。一些會(huì)呈現(xiàn)高能態(tài)（00o1）其表現(xiàn)為不對(duì)稱(chēng)擺動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)與空心墻碰撞或者自然散發(fā)，這種分子也會(huì)偶然的丟失能量。通過(guò)自然散發(fā)這種高能狀態(tài)會(huì)下降到對(duì)稱(chēng)擺動(dòng)形態(tài)(10o0)以及放射出可能傳播到任何方向的光子（一種波長(zhǎng)10.6μm的光束）。偶然的，這種光子的一種會(huì)沿著光軸的腔向下傳播也將在共鳴鏡里擺動(dòng)。

 
二氧化碳激光器是以CO2氣體作為工作物質(zhì)的氣體激光器。放電管通常是由玻璃或石英材料制成，里面充以CO2氣體和其他輔助氣體（主要是氦氣和氮?dú)�，一般還有少量的氫或氙氣）；電極一般是鎳制空心圓筒；諧振腔的一端是鍍金的全反射鏡，另一端是用鍺或砷化鎵磨制的部分反射鏡。
當(dāng)在電極上加高電壓（一般是直流的或低頻交流的），放電管中產(chǎn)生輝光放電，鍺鏡一端就有激光輸出，其波長(zhǎng)為10.6微米附近的中紅外波段；一般較好的管子。一米長(zhǎng)左右的放電區(qū)可得到連續(xù)輸出功率40～60瓦。CO2激光器是一種比較重要的氣體激光器。這是因?yàn)樗�具有一些比較突出的優(yōu)點(diǎn)：
第一
它有比較大的功率和比較高的能量轉(zhuǎn)換效率。一般的閉管CO2激光器可有幾十瓦的連續(xù)輸出功率，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了其他的氣體激光器，橫向流動(dòng)式的電激勵(lì)CO2激光器則可有幾十萬(wàn)瓦的連續(xù)輸出。此外橫向大氣壓CO2激光器，從脈沖輸出的能量和功率上也都達(dá)到了較高水平，可與固體激光器媲美。CO2激光器的能量轉(zhuǎn)換效率可達(dá)30～40%，這也超過(guò)了一般的氣體激光器。
第二
它是利用CO2分子的振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)間的躍遷的，有比較豐富的譜線(xiàn)，在10微米附近有幾十條譜線(xiàn)的激光輸出。近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的高氣壓CO2激光器，甚至可做到從9～10微米間連續(xù)可調(diào)諧的輸出。
第三
它的輸出波段正好是大氣窗口（即大氣對(duì)這個(gè)波長(zhǎng)的透過(guò)率較高）。除此之外，它也具有輸出光束的光學(xué)質(zhì)量高，相干性好，線(xiàn)寬窄，工作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。因此它在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防上都有許多應(yīng)用，如應(yīng)用于加工（焊接、切割、打孔等），通訊、雷達(dá)、化學(xué)分析，激光誘發(fā)化學(xué)反應(yīng)，外科手術(shù)等方面。