CO2激光器具有工作介质均匀、相干性好、结构简单、操作方便、能长时间稳定地连续工作、光束质量好、效率高、造价低等优点。具体突出的优势如下：第一，它是利用CO2分子的振动转动能级间的跃迁，有比较丰富的谱线，在10微米附近有几十条谱线的激光输出；第二，它的输出波段正好是大气窗口(即大气对这个波长的透明度较高)，因此广泛被应用在国民经济和国防上，如激光诱发化学反应，切割、打孔、化学、通讯、雷达分析等方面;第三，它的功率比较大，能量转换效率比较高，从脉冲输出的能量和功率上都达到了较高的水平。
与其它分子激光器相同，CO2激光器工作原理其受激起射进程也较凌乱。分子有三种不相同的运动，即分子里电子的运动，其运动抉择了分子的电子能态；二是分子里的原子振动，即分子里原子盘绕其平衡位置不停地作周期性振动——并抉择于分子的振动能态；三是分子翻滚，即分子为一全体在空间接连地旋转，分子的这种运动抉择了分子的翻滚能态。分子运动极端凌乱，因此能级也很凌乱。
CO2分子为线性对称分子，两个氧原子分别在碳原子的两头，所表明的是原子的平衡位置。分子里的各原子一向运动着，要绕其平衡位置不停地振动。依据分子振动理论，CO2有三种不相同的振动办法：①二个氧原子沿分子轴，向相反方向振动，即两个氧在振动中一起抵达振动的最大值和平衡值，而此刻分子中的碳原子静止不动，因此其振动被叫做对称振动。②两个氧原子在垂直于分子轴的方向振动，且振动方向相同，而碳原子则向相反的方向垂直于分子轴振动。因为三个原子的振动是同步的，又称为变形振动。③三个原子沿对称轴振动，其间碳原子的振动方向与两个氧原子相反，又叫反对称振动能。在这三种不相同的振动办法中，判定了有不相同组别的能级。
CO2激光的激起进程：CO2 激光器的工作物质是CO2、He、N2、Xe的混合气体，激光由CO2分子发射，其它气体协助改善激光器的工作条件，提高激光器输出功率水平和使用寿命，输出波长：λ=10.6μm，CO2激光器是输出功率最高的气体激光器，有连续输出50kW；脉冲输出10^12W的激光器。
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