Laser molekularny CO2
Jest to laser gazowy z ośrodkiem czynnym na mieszanina gazów N2-CO2-He. Laser ten charakteryzuje się pracą ciągłą lub impulsową, generujący promieniowanie z zakresu dalekiej podczerwieni o długości fali ok. 10,6 µm i ok. 9,5 µm. Akcja laserowa powstaje przy przejściu między poziomami oscylacyjno-rotacyjnymi cząsteczki CO2. Inwersję obsadzeń uzyskuje się głównie w wyładowaniu elektrycznym w procesie zderzeniowego przekazu energii od molekuł azotu, wzbudzonych za pośrednictwem elektronów w wyładowaniu, a także przy bezpośrednim wzbudzeniu drgań molekuły dwutlenku węgla w procesie zderzeń z elektronami. Jako gaz buforujący stosuje się hel, w zderzeniu z atomami którego zachodzi opróżnienie poziomów dolnych. W najszerzej stosowanej mieszaninie gazów dwutlenek węgla wypromieniowuje energię; azot energię gromadzi; hel opróżnia poziomy dolne. Dodatkowo hel ułatwia wyładowania elektryczne i chłodzi mieszaninę gazową. Możliwe jest także wzbudzenie gazodynamiczne i przekazanie energii od molekuł wzbudzonych na drodze chemicznej.
Wśród laserów molekularnych CO2 wyróżnia się: lasery o pobudzaniu podłużnym (wyładowanie elektryczne wytwarza się wzdłuż osi rury wyładowawczej i osi rezonatora optycznego) i lasery o pobudzaniu poprzecznym lasery TEA (pobudzenie polem elektrycznym skierowanym poprzecznie do osi rezonatora optycznego). Lasery o pobudzaniu podłużnym na ogół pracują w sposób ciągły i w zależności od rozmiarów rury generują moc od kilku watów do kilku tysięcy watów. W laserach o mocy powyżej kilkudziesięciu watów stosuje się ciągły przepływ mieszaniny gazów N2-CO2-He.
Rozmiary rury wyładowczej w zależności os mocy generowanej wynoszą od kilku do kilkunastu m.
W celu zmniejszenia długości lasera stosuje się rurę wyładowawczą składającą się z odcinków ułożonych obok siebie, a wiązkę promieniowania kieruje się odpowiednimi układami zwierciadeł.
Laser molekularny CO2 o pobudzeniu poprzecznym i ciśnieniu atmosferycznym mieszaniny gazów, lasery TEA, pracują impulsowo o czasie trwania impulsu rzędu µs. Generują one moc od kilkudziesięciu kW do kilkuset MW i energię J do kilkuset J w impulsie, zwykle w układzie generator - wzmacniacz dla dużych energii. Częstotliwość przetwarzania impulsów dla małej energii w impulsie wynosi kilkaset Hz, dla dużych energii ułamek Hz. W laserach tych stosuje się ciągły przepływ gazów N2-CO2-He.
Wyładowanie elektryczne jest wytwarzane impulsowo polem elektrycznym skierowanym prostopadle do osi rezonatora optycznego przy zastosowaniu wstępnej jonizacji gazu znajdującego się między elektrodami strumieniem elektronów lub promieniowania dalekiego nadfioletu.
W laserach na CO2 z wyładowaniem elektrycznym przy niskim (kilkadziesiąt torów) ciśnieniu gazu stosuje się - wyładowanie podłużne w rurach stosunkowo długich. Przy ciśnieniu wysokim (ok. 1 atm. i większym) stosuje się - wyładowanie poprzeczne. Wyładowanie jest inicjowane i podtrzymywane na drodze jonizacji gazu w obszarze wyładowawczym przez promieniowanie UV, wiązkę elektronów itp. Laser generuje promieniowanie głównie na długości fali 10,6 µm oraz 9,4 µm i charakteryzuje się wysoką sprawnością, rzędu 10÷30%. Uzyskane moce dla laserów impulsowych tego typu są rzędu terawatów, dla laserów ciągłego działania ~ 90 kW.
Lasery CO2 są stosowane w badaniach fizycznych, obróbce materiałów, w medycynie, wojskowości, telekomunikacji, laserowej syntezie termojądrowej i innych obszarach nauki i techniki. Pierwszy laser CO2 został zbudowany w 1964 r. przez C. K. N. Patela w USA i generował promieniowanie o mocy ~1 mW na 13 liniach o długości fal ok. 10 µm. Był to laser ciągłego działania.