一、什么是 CO 2激光器
所有激光器都需要所谓的激光介质。正是在这种激光介质中，受激辐射光放大 (LASER) 发生了。激光介质有几种类型：固态、准分子、染料、半导体(或二极管)，最后是气体激光器，即 CO 2激光器系列。听到 CO 2是在 CO 2激光器中产生激光的活性成分，可能不会感到惊讶。然而，当二氧化碳被稀释到仅占总气体混合物的 20% 左右时，CO 2激光器的性能要好得多。
激光器的效率通常通过其“电光转换效率”来量化。这种效率衡量方法是用激光束的功率除以运行激光器所需的电功率(包括冷却系统和其他损耗)计算得出的。大多数 CO 2激光器的电光转换效率通常介于10% 和 20%之间，就气体激光器而言，这是相当不错的。特别是考虑到CO 2激光器可以提供的高光束质量时。但如果使用错误的波长，所有的功率和效率都不会有效。这就是 CO 2激光器真正发挥作用的地方。
因为CO 2是三原子分子，所以它有许多可用的能级。这意味着可以发生许多不同的能量跃迁，这反过来意味着可以在光谱的中红外部分产生许多不同的波长。CO 2激光器的主要激光线以 10.6 微米为中心，但在 9 至 11 微米范围内还有数十条激光线。
大气阻挡了许多波长，但有一些小的波长“窗口”允许通过。其中一个大气窗口与 CO 2激光的波长完美重合，使其成为观察大气的有用工具。仔细想想，这有点讽刺：CO 2负责使大气层更加不透明(导致温室效应)，但这种气体也为唯一能够直接穿过大气层的激光器之一提供动力.在医学领域，水对中红外波长的高吸收意味着这种激光可以与大多数生物组织有效相互作用。作为一个额外的好处，它具有重要的止血特性，这导致它们被用于牙科、烧伤疤痕的治疗、皮肤表面重修和外科手术。它们可以切割、焊接、标记、雕刻、硬化、焊锡、3D 打印。
二、CO 2激光器如何工作
前面提到，用于 CO 2激光器的气体混合物中只有大约 20% 实际上是 CO 2。那么，其它 80% 是多少?为什么我们不使用 100% CO 2呢?通常，大约 20% 是氮气，1% 或 2% 是水蒸气、氢气、氧气或氙气，其余是氦气。任何激光器要工作，第一步是为激光介质提供额外的能量。这称为激发。
事实证明，如果你激发氮气，它就可以将其剩余能量转移到邻近的 CO 2分子。而且这种方法产生的效率比直接激发二氧化碳所能达到的效率高得多。二氧化碳有一系列不同的能量模式可供使用。当 CO 2分子发射激光时，它们会下降到较低的能量模式，而不必达到激光器的最佳功能所需的最低能量模式。
当这些低能量的 CO 2分子与氦碰撞时，它们将剩余的能量转移给氦，从而回到基态。这个过程称为放松。
CO 2可在激光操作期间降解为一氧化碳(CO)。这是一个不受欢迎的副作用，少量的水蒸气或氢气可以帮助触发 CO 转化回 CO 2。
