CO2激光管組成結構
典型的封離式CO2激光管基本結構如上圖所示，主要由硬質玻璃、諧振腔、電極三部分組成。
1. 硬質玻璃部分
本部件由GG17料燒制成放電管、水冷管、儲氣管和回氣管而組成，其中放電管是CO2 激光器中關鍵的部件，它基本上決定了激光輸出的特性，放電管長度與輸出功率成正比。水冷管的作用是冷卻工作氣體，維持輸出功率穩定，而且防止在放電泵浦過程中，放電管因受熱炸裂。儲氣管的作用一方面增加了增益介質的儲氣量，減少放電過程中工作氣體成分和壓力的變化，延長運轉壽命，另一方面又增強了放電管的機械強度和穩定性。回氣管是連接放電管中兩電極空間的細螺旋管，可以改善由電泳現象造成的極間電壓的不平衡分布，較長的回氣管還避免了儲氣罐與電極之間產生放電作用，確保放電只發生在放電管中。
2. 諧振腔部分
本部件由全反鏡和輸出反射鏡組成。諧振腔的全反鏡一般以光學玻璃為基底，表面渡金膜，金膜反射鏡在 10.6um 附近的反射率達98%以上；諧振腔的輸出反射鏡一般采用能透射 10.6um 輻射的紅外線材料鍺(Ge)為基底,在上面渡上多層介質膜而制成。
3. 電極部分
CO2 激光器一般采用冷陰極，形狀為圓筒形，陰極材料選用對激光器的壽命有很大的影響； 對陰極材料的基本要求是：濺射率低，氣體吸收率小。
CO2激光管工作原理
CO2分子為線性對稱分子，兩個氧原子分別在碳原子的兩側，所表示的是原子的平衡位置。分子里的各原子始終運動著，要繞其平衡位置不停地振動。根據分子振動理論，CO2有三種不同的振動方式：
1.兩個氧原子在垂直于分子軸的方向振動，且振動方向相同，而碳原子則向相反的方向垂直于分子軸振動。由于三個原子的振動是同步的，又稱為變形振動
2.兩個氧原子沿分子軸，向相反方向振動，即兩個氧在振動中同時達到振動的最大值和平衡值，而此時分子中的碳原子靜止不動，因而其振動被叫做對稱振動。
3.三個原子沿對稱軸振動，其中碳原子的振動方向與兩個氧原子相反，又叫反對稱振動能。在這三種不同的振動方式中，確定了有不同組別的能級。
能量水平圖
二氧化碳激光是一種分子激光。主要的物質是二氧化碳分子。它可以表現多種能量狀態這要視其震動和旋轉的形態而定。基本的能量網狀見圖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(電漿)。如麥克斯韋-波爾茲曼分布定律所說，在等離子里，分子呈現多種興奮狀態。一些會呈現高能態(00o1)其表現為不對稱擺動狀態。當與空心墻碰撞或者自然散發，這種分子也會偶然的丟失能量。通過自然散發這種高能狀態會下降到對稱擺動形態(10o0)以及放射出可能傳播到任何方向的光子(一種波長10.6μm的光束)。偶然的，這種光子的一種會沿著光軸的腔向下傳播也將在共鳴鏡里擺動。
激發過程
CO2激光管中，主要的工作物質由CO2，氮氣，氦氣三種氣體組成。其中CO2是產生激光輻射的氣體、氮氣及氦氣為輔助性氣體。有了氦氣，可以加速010能級熱弛預過程，更有利于激光能級100及020的抽空。氮氣加入主要在CO2激光管中起能量傳遞作用，為CO2激光上能級粒子數的積累以及大功率高效率的激光輸出起到強有力的作用。 CO2激光管的激發條件：放電管中，通常輸入幾十mA或幾百mA的直流電流。放電時，放電管中的混合氣體內的氮分子由于受到電子的撞擊而被激發起來。這時受到激發的氮分子便和CO2分子發生碰撞，N2分子把自己的能量傳遞給CO2分子，CO2分子從低能級躍遷到高能級上形成粒子數反轉發出激光。
注：部分圖文來源于網絡
