二氧化碳激光（二氧化碳气体激光器，二氧化碳激光器，CO ₂激光器）是一种气体激光器是一种气体的二氧化碳在介质（二氧化碳）红外获得连续波或高输出区域的脉冲波激光。可获得约10-15％的输出，最多可提供20％的能量。9.6 微米 2都为中心并且为10.6μm 波长发射光在频带。工业上实际使用的产品为10.6μm 。

二氧化碳激光器中的反转分布通过以下过程进行。

1. 电子的碰撞使氮分子的振动剧烈。由于氮是同核分子，即使发出光子也不会损失能量，并且其高振动水平是亚稳态的，并且持续时间长。
2. 当通过氮分子与二氧化碳分子的碰撞和共振激发进行能量交换时，二氧化碳分子也具有高振动水平。当比基态分子更多的二氧化碳分子跃迁到较高水平时，并且该区域达到反转分布状态，受激发射是通过少数光子的通过和碰撞而连续产生的，从而导致激光发射。 。即使电子直接与二氧化碳分子碰撞，它们也将接收能量并达到反转分布。
3. 具有大振动能量的（热）状态的氮和二氧化碳分子转变为基态，并通过与冷氦原子的碰撞而冷却。

通常，气体激光器的能量效率差，但是二氧化碳激光器的能量效率异常好。这是因为其他分子从基态到反转分布态具有宽的能级差，但是仅一小部分能量用于发光。二氧化碳中氮分子的振动能恰好与使二氧化碳分子进入转化分布状态所需的能量相匹配（有些分子在能量交换或转化分布之前已经冷却，这是因为几乎没有浪费（即使从基态到反演分布获得的能量中只有大约一半可用于红外辐射）。在过渡到较高水平之后，处于亚稳态的二氧化碳分子的相对较长的持续时间也有助于良好的效率。

由于二氧化碳激光器可以输出高功率，因此在工业领域中使用激光加工机以及用于切割和钻孔的激光焊接进行加工。中等输出用于雕刻。由于输出波长很容易被水吸收，因此也可以在手术刀中使用激光手术刀处理活的生物组织，并用于牙科治疗，整形外科和皮肤疾病（去除珍珠状阴茎丘疹）。在以色列，我们已经尝试是棒烤细胞与二氧化碳气体激光器代替缝合手术过程中 。它也被用作快速原型制作的光源。

丙烯酸树脂（PMMA）吸收波长范围为2.8μm至25μm的红外光，因此二氧化碳激光已被用于由丙烯酸树脂生产微流体装置。

红外光在大气中的吸收和衰减相对较小，因此它被用作激光测距仪，是一种使用LIDAR技术的军用光波测距仪。