雷射器是利用受激輻射原理使光在某些受激發的物質中放大或振蕩發射的器件。
用光、電及其他辦法對物質進行激勵，使得其中一部分粒子激發到能量較高的狀態，當這種狀態的粒子數大於能量較低狀態的粒子數時，由於受激輻射，物質就能對某一波長的光輻射產生放大作用，也就是這種波長的光輻射通過物質時，會發射強度放大並與入射光波位、頻率和方向一致的光輻射，這種稱為雷射放大器。
若把激發的物質放置於共振腔內，光輻射在共振腔內沿軸線方向往復反射傳播，多次通過物質，光輻射被放大許多倍，形成一束強度大、方向集中的光束「雷射」，這就是雷射振蕩器。
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。分子裡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：①二個氧原子沿分子軸，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。②兩個氧原子在垂直於分子軸的方向振動，且振動方向相同，而碳原子則向相反的方向垂直於分子軸振動。由於三個原子的振動是同步的，又稱為變形振動。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。
CO2雷射管：是雷射機中最關鍵的部件。常用硬質玻璃製成，一般採用層套筒式結構。最裡面一層是放電管，第2層為水冷套管，最外一層為儲氣管。二氧化碳雷射器放電管直徑比He-Ne雷射管粗。放電管的粗細一般來說對輸出功率沒有影響，主要考慮到光斑大小所引起的衍射效應，應根據管長而定。管長的粗一點，管短的細一點。放電管長度與輸出功率成正比。在一定的長度範圍內，每米放電管長度輸出的功率隨總長度而增加。加水冷套的目的是冷卻工作氣體，使輸出功率穩定。放電管在兩端都與儲氣管連接，即儲氣管的一端有一小孔與放電管相通，另一端經過螺旋形回氣管與放電管相通，這樣就可使氣體在放電管中與儲氣管中循環流動，放電管中的氣體隨時交換。
光學諧振腔：CO2雷射器的諧振腔常用平凹腔，反射鏡用K8光學玻璃或光學石英，經加工成大曲率半徑的凹面鏡，鏡面上鍍有高反射率的金屬膜——鍍金膜，在波長10.6μm處的反射率達98.8%，且化學性質穩定。二氧化碳發出的光為紅外光。所以反射鏡需要應用透紅外光的材料，因為普通光學玻璃對紅外光不透。就要求在全反射鏡的中心開一小孔。再密封上一塊能透過10.6μm雷射的紅外材料，以封閉氣體。這就使諧振腔內雷射的一部分從這一小孔輸出腔外，形成一束雷射。
電源及泵浦：封閉式CO2雷射器的放電電流較小，採用冷電極，陰極用鉬片或鎳片做成圓筒狀。30～40mA的工作電流，陰極圓筒的面積500cm2，不致鏡片汙染，在陰極與鏡片之間加一光欄。泵浦採用連續直流電源激發。激勵CO2雷射器直流電源原理，直流電壓為把市內的交流電壓，用變壓器提升，經高壓整流及高壓濾波獲得高壓電加在雷射管上。
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