CO2激光器中，主要的工作物質由CO?，氮氣，氦氣三種氣體組成。其中CO?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，因此有利於激光能級100及020的抽空。氮氣加入主要在CO?激光器中起能量傳遞作用，為CO?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。 CO?分子激光躍遷能級圖CO?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於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CO?分子發生碰撞，N2分子把自己的能量傳遞給CO2分子，CO?分子從低能級躍遷到高能級上形成粒子數反轉發出激光。