CO2激光器的主要特点是输出功率大、能量转换效率高、输出波长(10.6um)正好处于大气窗口，故广泛用于激光加工、医疗、大气通信及其他军事应用。CO2激光器以CO2、N2和He的混和气体为工作物质。激光跃迁发生在CO2分子的电子基态的两个振动转动能级之间。N2 的作用是提高激光上能级的激励效率,He则有助于击鼓那个下能级的抽空。

CO2激光器中有三个过程将CO2分子激发:直接电子碰撞、级联跃迁和共振转移,其中共振转移的概率最大，作用也最为显著。CO2 分子激光跃迁下能级的抽空主要依靠气体分子间的碰撞。辐射波长较长使CO2激光跃迁能级间的自发辐射谱线具有较小的多普勒加宽，在温度为400K 时Ovb≈60MHz。碰撞加寬不可忽视，在高气压情况下，碰撞加宽可占主导地位。

CO2激光器的谐振腔大多采用平凹腔，由于其增益高，也可采用非稳腔以增加其模体积。高反射镜可用金属制成，也可在玻璃表面镀以金膜,输出端可采用小孔耦合方式或由可透过红外光的Ge、GaAs等材料制成输出窗。CO2激光器工作气压不同，谱线线型也不同，输出功率与谱线增宽性质有关。当气压P<2X10 Pa时，谱线为非均匀增宽和综合增宽，当P>2X10'Pa时,线型为均匀增宽。对中小功率CO2激光器,影响其输出功率的因素有:注人功率、放电管尺寸、放电参数和气体温度。

CO2激光器可分为七类:纵向慢流CO2激光器、封离型CO2激光器、纵向快流CO2激光器、横向流动CO2激光器、横向激励大气压CO2激光器、气动CO2激光器和波导CO2激光器。