Een CO2-laser is een type gaslaser. In dit apparaat wordt elektriciteit door een met gas gevulde buis geleid, waardoor licht wordt geproduceerd. De uiteinden van de buis zijn spiegels; een daarvan is volledig reflecterend en de andere laat wat licht door. Het gasmengsel bestaat in het algemeen uit koolstofdioxide, stikstof, waterstof en helium. Licht geproduceerd door CO2-lasers is onzichtbaar en valt in het ver-infrarode bereik van het lichtspectrum.

Productie van de laserstraal

Wanneer gestimuleerd door een elektrische stroom, worden stikstofmoleculen in het gasmengsel opgewonden, wat betekent dat ze energie winnen. Stikstof wordt gebruikt omdat het deze geëxciteerde toestand gedurende lange perioden kan vasthouden zonder de energie in de vorm van fotonen of licht af te geven. De hoogenergetische trillingen van de stikstof wekken op hun beurt de koolstofdioxidemoleculen op. Op dit punt bereikt de laser een toestand die populatie-inversie wordt genoemd, het punt waarop een systeem meer opgewekte deeltjes heeft dan niet-geëxciteerde deeltjes. Om de laser een lichtbundel te laten produceren, moeten de stikstofatomen hun aangeslagen toestand verliezen door energie vrij te geven in de vorm van fotonen. Dit gebeurt wanneer de geëxciteerde stikstofatomen in contact komen met de zeer koude heliumatomen, waardoor de stikstof licht vrijgeeft.

Ontlading van laserlicht

Het geproduceerde licht is zeer krachtig in vergelijking met normaal licht omdat de buis van gassen is omgeven door spiegels, die het grootste deel van het licht reflecteren dat door de buis reist. Deze lichtreflectie zorgt ervoor dat de lichtgolven die door de stikstof worden geproduceerd, in intensiteit toenemen. Het licht neemt toe naarmate het door de buis heen en weer reist en komt pas naar buiten nadat het licht genoeg is om door de gedeeltelijk reflecterende spiegel te gaan.

Licht en golflengte bundelen

Licht van een CO2-laser is krachtig genoeg om veel materialen te zagen, waaronder stof, hout en papier; de krachtigste CO2-lasers worden gebruikt voor het bewerken van staal en andere metalen. Hoewel de CO2-lasers met het grootste vermogen meer dan 1.000 W verbruiken, liggen die voor het bewerken meestal tussen 25 en 100 W; ter vergelijking, laserpointers zijn enkele duizendsten van een watt. Omdat het in het infrarood is, heeft het een zeer lange golflengte, ongeveer 10,6 micrometer; het is veel langer dan zichtbaar licht, dat tussen ongeveer 450 en 700 nanometer loopt. Als continue lasers gaan, is het CO2-type het krachtigst in de productie.