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二氧化碳激光于1964年首次運用其波長為10.6μm。因為這是一種非常有效率的激光，作為商業模型來說其轉換效率達到10%，所以二氧化碳激光廣泛用于激光切割，焊接，鉆孔和表面處理。作為商業應用激光可達45千瓦，這是目前最強的物質處理激光。
1、運作原理
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。
圖1簡單的二氧化碳分子能量水平圖
大體上，二氧化碳激光的工作物質是由二氧化碳、氦、氮氣所組成的混合物。氮氣作為緩沖氣體以及它的分子共鳴地傳遞刺激能量給二氧化碳分子。因為張弛水平（01110）是瓶頸，氦的作用是作為熱壑來傳遞能量給水平（01110）給氦原子。
2、二氧化碳激光的種類
廢熱被拒的方式對激光系統設計有很大的影響。原則上，有兩種可能的方式。第一種方式是基于自動處理自然擴散熱氣到管墻，運作原理就是密封和慢軸流激光。第二種是基于氣體強迫對流，其運作原理就是快軸流激光。大體上，主要有五種二氧化碳激光：
密封式或無流式
慢軸流
快軸流
快速橫向流
橫向激勵大氣（TEA）
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