สำหรับเครื่องมาร์กด้วยเลเซอร์ CO2 คุณภาพและประสิทธิภาพของหลอดเลเซอร์ส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการทำงานของเครื่อง หลอดเลเซอร์ก็เป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดเช่นกัน โดยทั่วไปแล้วหลอดเลเซอร์แก้ว CO2 จะทำจากกระจกแข็งและใช้โครงสร้างเคส ชั้นในคือท่อระบาย ชั้นที่สองคือ-เสื้อทำความเย็นน้ำ และชั้นนอกคือท่อเก็บก๊าซ เส้นผ่านศูนย์กลางของท่อปล่อยของเลเซอร์ CO2 มีขนาดใหญ่กว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อเลเซอร์ He-Ne ความหนาของท่อระบายโดยทั่วไปไม่มีผลกระทบต่อกำลังไฟฟ้าเอาท์พุต ข้อพิจารณาหลักคือเอฟเฟกต์การเลี้ยวเบนที่เกิดจากจุดเลเซอร์ และควรปรับความยาวของท่อให้เหมาะสม ท่อที่ยาวกว่าควรจะหนากว่า ในขณะที่ท่อที่สั้นกว่าควรจะบางกว่า ความยาวของท่อระบายเป็นสัดส่วนโดยตรงกับเอาท์พุตกำลังเลเซอร์ ภายในช่วงความยาวที่กำหนด กำลังไฟฟ้าเอาท์พุตต่อเมตรของท่อระบายจะเพิ่มขึ้นตามความยาวทั้งหมด จุดประสงค์ของการเติมแจ็กเก็ตระบายความร้อนด้วยน้ำ-คือเพื่อทำให้ก๊าซที่ใช้งานเย็นลง และทำให้กำลังเอาต์พุตคงที่
1. แก้วแบบแข็ง: ส่วนประกอบนี้ทำจากวัสดุ GG17 ซึ่งถูกยิงเข้าไปในท่อระบาย แจ็คเก็ตน้ำ- ทำความเย็น แจ็คเก็ตเก็บก๊าซ และท่อส่งก๊าซกลับ โดยทั่วไปแล้วหลอดเลเซอร์แก้ว CO2 แบบปิดผนึกจะมีโครงสร้างปลอกสาม-ชั้น ชั้นในเป็นท่อระบาย ชั้นกลางเป็นแจ็คเก็ตทำน้ำให้บริสุทธิ์ และชั้นนอกเป็นแจ็คเก็ตเก็บก๊าซ ท่อส่งคืนก๊าซเชื่อมต่อกับท่อระบายและท่อเก็บก๊าซ
2. ช่องเรโซแนนซ์: ส่วนประกอบนี้ประกอบด้วยตัวสะท้อนแสงทั้งหมดและตัวสะท้อนแสงเอาท์พุต ตัวสะท้อนแสงทั้งหมดของช่องเรโซแนนซ์โดยทั่วไปจะขึ้นอยู่กับแก้วแสงที่มีฟิล์มสีทองอยู่บนพื้นผิว ฟิล์มสะท้อนแสงสีทองมีการสะท้อนแสงมากกว่า 98% ประมาณ 10.6µm ลำแสงเลเซอร์ ตัวสะท้อนเอาต์พุตของช่องเรโซแนนซ์โดยทั่วไปจะทำจากเจอร์เมเนียม (Ge) ซึ่งเป็นวัสดุที่ส่งรังสีอินฟราเรดที่ 10.6µm โดยมีการเคลือบหลายชั้นที่ด้านบน
3. อิเล็กโทรด: หลอดเลเซอร์แก้ว CO2 โดยทั่วไปจะใช้แคโทดเย็นในรูปทรงกระบอก การเลือกใช้วัสดุแคโทดมีผลกระทบอย่างมากต่ออายุการใช้งานของเลเซอร์ ข้อกำหนดพื้นฐานสำหรับวัสดุแคโทดคืออัตราการสปัตเตอร์ต่ำและอัตราการดูดซับก๊าซต่ำ
ท่อระบายเชื่อมต่อกับท่อเก็บก๊าซที่ปลายทั้งสองข้าง รูเล็กๆ ที่ปลายด้านหนึ่งของท่อเก็บก๊าซเชื่อมต่อกับท่อระบายออก ในขณะที่ปลายอีกด้านเชื่อมต่อกับท่อระบายผ่านท่อส่งกลับก๊าซแบบเกลียว ช่วยให้ก๊าซไหลเวียนระหว่างท่อระบายและท่อเก็บก๊าซ ทำให้มีการแลกเปลี่ยนก๊าซภายในท่อระบายอย่างต่อเนื่อง หลอดเลเซอร์แก้วถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการมาร์กและแกะสลักวัสดุที่ไม่ใช่-โลหะ เช่น อะคริลิกและพลาสติก และยังได้รับการพัฒนาเพื่อให้สามารถมาร์กเหล็กอ่อนที่ชุบด้วยไฟฟ้าได้ หลอดเลเซอร์แก้ว CO2 ยังใช้ในระบบอัตโนมัติเพื่อทำเครื่องหมายแผ่นโพลีอิไมด์และโพลีเอสเตอร์ที่ใช้ในแผงวงจรและเมมเบรนแบบยืดหยุ่นสำหรับเครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์