根据气体流动的特点，CO₂激光器分为密封式、轴流式、横流式和板条式（Slab）四种。

1.密封式CO₂激光器

典型的密封式CO₂激光器结构如图20-6所示，它由放电管、谐振腔以及激励电源等组成。放电管用玻璃或石英制成，为多层式套管结构。最内层为放电毛细管，最外层为贮气管，管内贮有CO₂、N₂和He的混合气，内外两管经回气管相通；中问一层为冷却管，工作时通水或其他冷却剂以对放电毛细管进行冷却。谐振腔的一端为平面反射镜（全反射），另一端为凹面反射镜（输出镜），加在阴极和阳极上的直流高压使气体产生辉光放电并使电子得到加速。这类激光器的转换效率为8％左右，为了增大输出功率并减小体积，可采用折叠腔将放电管串联起来，也可将两放电管并联起来。

2.轴流式CO₂激光器

这类激光器的主要特点是气体流动方向、放电方向以及激光的输出方向三者一致。根据气流速度的大小，又可分为慢速轴流和快速轴流两种。图20-7是快速轴流CO₂激光器示意图，它由放电管、谐振腔（包括后腔镜和输出镜）、高速风机以及热交换器等组成。放电管内可有多个放电区，图中所示为4个，高压直流电源在其问形成均匀的辉光放电，通常正极位于气流的上游，负极位于下游。为了提高激光器的输出功率，可增大气体的流速。有的气体速度已接近声速，这时，每米放电管可获得500～2000W的激光功率。这类激光器的输出模式为TEM₀₀模和TEM₀₁模，这种模式特别适宜于焊接和切割。

图20-6 密封式CO₂激光器结构示意图

1—平面反射镜 2—阴极 3—冷却管 4—贮气管 5—回气管 6—阳极 7—凹面反射镜 8—进水口 9—出水口 10—激励电源

图20-7 快速轴流式CO₂激光器示意图

1—后腔镜 2—高压放电区 3—输出镜 4—放电管 5—高速风机 6—热交换器

3.横流式CO₂激光器(www.daowen.com)

横流式CO₂激光器的结构原理如图20-8所示。它由密封外壳、谐振腔（包括后腔镜、折叠镜、输出镜）、高速风机、热交换器以及放电电极等组成。它的光束、气流和放电的三个方向相互垂直，气体激光介质用高速风机连续循环地送入谐振腔，气体直接与热交换器进行热交换。这类激光器的气压大，气体密度高，气流流通截面也较大，流速快，所以冷却效果好，允许输入大的电功率，每米放电管的输出功率可达2～3kW。

图20-8 横流式CO₂激光器示意图

1—平板式阳极 2—折叠镜 3—后腔镜 4—阴极 5—放电区 6—密封壳体 7—输出反射镜 8—高速风机 9—气流方向 10—热交换器

横流式CO₂激光器由于输出功率高，其谐振腔的全反镜常用金属材料（例如铜）作基板，表面镀以性能稳定的金属如金、银、铝等。输出镜则用可透过10.6μm红外光的材料如NaCl、kCl、GaAs、CdTe、ZnSe等制成。

放电电极分别处在谐振腔的下方和上方，电极结构可分为管板式和针板式两种。在管板式结构中，阴极为表面抛光的水冷铜管，上面均匀地布有一排细铜丝触发针，它将阴极放电产生的电子不断地输送到主放电区，以保持辉光放电的稳定性；阳极为分割成许多块的铜板，相邻的铜板问填充绝缘介质，并用水进行冷却。在针板式结构中，阳极为水冷纯铜板，阴极为数排铼钨针（几百支），每只针都接有几十千欧的镇流电阻，以保持放电的均匀性。

4.板条（Slab）式CO₂激光器

图20-9是板条（Slab）式CO₂激光器原理图。该激光器被国际工业界誉为工业CO₂激光器新的里程碑，其主要特点是光束质量极好（k＞0.8），消耗气体少（0.3L/h），运行可靠、免维护、运行费用低，商品型Slab激光器的功率已达几千瓦。

图20-9 板条式CO₂激光器原理图

1—激光束 2—光束整形器 3—输出键 4、6—冷却水 5—射频激励放电 7—后腔镜 8—射频激励放电 9—波导电极