構成一個激光器必須具備以下三個部分，工作物質、泵浦源和光學諧振腔。工作物質在泵浦源的作用下發生粒子數反轉分布，成為激活物質，從而有光的放大作用，放大的光一部分反饋回來參加激勵，諧振腔產生振蕩，滿足一定條件后即可產生激光。

除自由電子激光器外，各種激光器的基本工作原理均相同。產生激光的必不可少的條件是粒子數反轉和增益大于損耗，所以裝置中必不可少的組成部分有激勵源、具有亞穩態能級的工作介質兩個部分。激勵是工作介質吸收外來能量后激發到激發態，為實現并維持粒子數反轉創造條件。激勵方式有光學激勵、電激勵、化學激勵和核能激勵等，工作介質具有亞穩能級是使受激輻射占主導地位，從而實現光放大。

激光發射器原理

增益介質通過吸收泵浦光來達到輸出激光的目的，但需要一個諧振腔提供反饋來實現激光振蕩。

電極之間高壓放電，由媒介（如CO2)激發產生產生鐳射光。
二氧化碳激光器，可稱“隱身人”，它發出的激光波長為10.6 微米，“身”處紅外區，肉眼不能覺察，它的工作方式有連續、脈沖兩種，用于激光切割，焊接，鉆孔和表面處理。
連續方式產生的激光功率可達20 千瓦以上。脈沖方式產生波長10.6 微米的激光也是最強大的一種激光。
人們已用它來“打”出原子核中的中子。二氧化碳激光器的出現是激光發展中的重大進展，也是光武器和核聚變研究中的重大成果。
最普通的二氧化碳激光器是一支長1 米左右的放電管。它產生的激光是看不見的，在磚上足以把磚頭燒到發出耀眼的白光。二氧化碳激光于1964年首次運用其波長為10.6μm。

與其它分子激光器相同，CO2激光器工作原理其受激起射進程也較凌亂。分子有三種不相同的運動，即分子里電子的運動，其運動抉擇了分子的電子能態；二是分子里的原子振動，即分子里原子盤繞其平衡位置不停地作周期性振動——并抉擇于分子的振動能態；三是分子翻滾，即分子為一全體在空間接連地旋轉，分子的這種運動抉擇了分子的翻滾能態。分子運動極端凌亂，因此能級也很凌亂。

CO2分子為線性對稱分子，兩個氧原子分別在碳原子的兩頭，所表明的是原子的平衡位置。分子里的各原子一向運動著，要繞其平衡位置不停地振動。依據分子振動理論，CO2有三種不相同的振動辦法：
①二個氧原子沿分子軸，向相反方向振動，即兩個氧在振動中一起抵達振動的最大值和平衡值，而此刻分子中的碳原子靜止不動，因此其振動被叫做對稱振動。

②兩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。因為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，其間碳原子的振動方向與兩個氧原子相反，又叫反對稱振動能。在這三種不相同的振動辦法中，判定了有不相同組別的能級。

CO2激光的激起進程：CO2激光器的工作物質是CO2、He、N2、Xe的混合氣體，激光由CO2分子發射，其它氣體協助改善激光器的工作條件，提高激光器輸出功率水平和使用壽命，輸出波長：λ=10.6μm，CO2激光器是輸出功率最高的氣體激光器，有連續輸出50kW；脈沖輸出10^12W的激光器。

CO2激光器中，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。加入其中的氦，可以加速010能級熱弛豫過程，因此有利于激光能級100及020的抽空。氮氣加入主要在CO₂激光器中起能量傳遞作用，為CO₂激光上能級粒子數的積累與大功率高效率的激光輸出起到強有力的作用。

CO₂激光器的激發條件：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。

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。
如麥克斯韋-波爾茲曼分布定律所說，在等離子里，分子呈現多種激發態。。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。

 
二氧化碳激光器是以CO2氣體作為工作物質的氣體激光器。放電管通常是由玻璃或石英材料制成，里面充以CO2氣體和其他輔助氣體（主要是氦氣和氮氣，一般還有少量的氫或氙氣）；電極一般是鎳制空心圓筒；諧振腔的一端是鍍金的全反射鏡，另一端是用鍺或砷化鎵磨制的部分反射鏡。
當在電極上加高電壓（一般是直流的或低頻交流的），放電管中產生輝光放電，鍺鏡一端就有激光輸出，其波長為10.6微米附近的中紅外波段；一般較好的管子。一米長左右的放電區可得到連續輸出功率40～60瓦。CO2激光器是一種比較重要的氣體激光器。這是因為它具有一些比較突出的優點：
第一
它有比較大的功率和比較高的能量轉換效率。一般的閉管CO2激光器可有幾十瓦的連續輸出功率，這遠遠超過了其他的氣體激光器，橫向流動式的電激勵CO2激光器則可有幾十萬瓦的連續輸出。此外橫向大氣壓CO2激光器，從脈沖輸出的能量和功率上也都達到了較高水平，可與固體激光器媲美。CO2激光器的能量轉換效率可達30～40%，這也超過了一般的氣體激光器。
第二
它是利用CO2分子的振動-轉動能級間的躍遷的，有比較豐富的譜線，在10微米附近有幾十條譜線的激光輸出。近年來發現的高氣壓CO2激光器，甚至可做到從9～10微米間連續可調諧的輸出。
第三
它的輸出波段正好是大氣窗口（即大氣對這個波長的透過率較高）。除此之外，它也具有輸出光束的光學質量高，相干性好，線寬窄，工作穩定等優點。因此它在國民經濟和國防上都有許多應用，如應用于加工（焊接、切割、打孔等），通訊、雷達、化學分析，激光誘發化學反應，外科手術等方面。