laserin vahvistusväliaine on nimensä mukaisesti noin 5:1-suhteessa oleva helium-ja neonkaasujen seos, joka on alhaisella paineella lasikuoressa. Kaasuseos on suurimmaksi osaksi heliumia, joten heliumatomit voivat virittyä. Kiihtyneet heliumatomit törmäävät neonatomeihin, mikä kiihdyttää osan niistä tilaan, joka säteilee 632,8 nm. Ilman heliumia neonatomit jännittyisivät lähinnä alemmille jännittyneille tiloille, jotka ovat vastuussa Ei-laser-viivoista.
voidaan rakentaa neon-laser, jossa ei ole heliumia, mutta se on paljon vaikeampaa ilman tätä energiakytkentäkeinoa. Siksi He-Ne-laser, joka on menettänyt tarpeeksi heliumia (esim.tiivisteiden tai lasin läpi tapahtuvan diffuusion vuoksi), menettää lasertoimintonsa, koska pumppausteho on liian alhainen. Laserin energia-tai pumppulähteenä toimii korkeajännitteinen sähköpurkaus, joka kulkee putken sisällä elektrodien (anodi ja katodi) välisen kaasun läpi. CW-toimintaan tarvitaan tyypillisesti 3-20 mA: n tasavirta. Laserin optinen ontelo koostuu yleensä kahdesta koverasta peilistä tai yhdestä tasosta ja yhdestä koverasta peilistä: yhdestä, jolla on erittäin korkea (tyypillisesti 99,9%) heijastuskyky, ja ulostulokytkimen peilistä, joka mahdollistaa noin 1% lähetyksen.
kaupalliset He-Ne-laserit ovat kaasulasereiden joukossa suhteellisen pieniä laitteita, joiden ontelon pituus on yleensä 15-50 cm (mutta joskus jopa noin 1 mittari suurimpien tehojen saavuttamiseksi), ja optisen lähtötehon tasot vaihtelevat 0,5-50 MW.
red He-Ne-laserin aallonpituus on 633 nm, ja sen todellinen tyhjiön aallonpituus on 632,991 nm eli noin 632,816 nm ilmassa. Stimuloitujen emissiotilojen aallonpituudet ovat noin 0: n sisällä.001 nm tämän arvon ylä-tai alapuolella, ja näiden moodien aallonpituudet siirtyvät tällä alueella onkalon lämpölaajenemisen ja supistumisen vuoksi. Taajuusvakautetut versiot mahdollistavat yhden moodin aallonpituuden määrittämisen 1 osaan 108: sta tekniikalla, jossa verrataan kahden pitkittäisen moodin potensseja vastakkaisissa polarisaatioissa. Absoluuttinen stabilointi laserin taajuus (tai aallonpituus) niinkin hieno kuin 2,5 osaa 1011 voidaan saada käyttämällä jodiabsorptiokennoa.
he-Ne-laserplasman populaation inversiota ja valonvahvistusta tuottava mekanismi on peräisin energeettisten elektronien inelastisesta törmäyksestä maan pinnalla olevien heliumatomien kanssa kaasuseos. Kuten oheinen energiatasokaavio osoittaa, nämä törmäykset kiihottavat heliumatomeja maan tilasta korkeampien energioiden virittymiin, muun muassa 23s1 ja 21s0 (LS eli Russell–Saunders-kytkentä, Etunumero 2 osoittaa, että virittynyt elektroni on N = 2 tila) ovat pitkäikäisiä metastabiileja tiloja. Koska kahden he-metastabiilin tilan energiatasojen ja 5S2-ja 4S2-tasojen ( Paschen-notaatio) välillä on sattumanvarainen yhteensattuma, näiden helium-metastabiilien atomien ja maa-olomuotoisten neonatomien väliset törmäykset johtavat eksitaatioenergian valikoivaan ja tehokkaaseen siirtymiseen heliumista neoniin. Tämä eksitaatioenergian siirtoprosessi saadaan reaktioyhtälöistä
He*(23s1) + Ne1S0 → He(1S0) + Ne*4S2 + ΔE, He*(21s) + Ne1S0 + ΔE → He (1S0) + Ne * 5S2,
jossa * edustaa viritettyä tilaa, ja ΔE on kahden atomin energiatilojen välinen pieni energiaero, luokkaa 0,05 eV eli 387 cm−1, joka saadaan liike-energiasta. Heräte – energian siirto kasvattaa Neon 4S2-ja 5s2-tasojen väkiluvun moninkertaiseksi. Kun näiden kahden ylemmän tason populaatio ylittää vastaavan alemman tason 3P4: n populaation, johon ne ovat optisesti kytköksissä, esiintyy populaation inversio. Väliaine pystyy vahvistamaan valoa kapealla kaistalla 1,15 µm: ssa (vastaa 4S2-3p4-siirtymää) ja kapealla kaistalla 632,8 nm: ssä (vastaa 5S2-3p4-siirtymää). 3p4-taso tyhjenee tehokkaasti nopeasti säteilevällä hajoamisella 3s-tilaan, saavuttaen lopulta maatilan.
jäljellä oleva vaihe optisen vahvistuksen hyödyntämisessä optisen oskillaattorin luomisessa on sijoittaa voimakkaasti heijastavia peilejä vahvistimen kumpaankin päähän niin, että tietyssä tilassa oleva Aalto heijastaa takaisin itseensä saaden enemmän virtaa jokaisessa läpimenossa kuin mitä menetetään peilien läpi tapahtuvan lähetyksen ja diffraktion vuoksi. Kun nämä ehdot täyttyvät yhden tai useamman pitkittäissuuntaisen tilan osalta, näissä tiloissa säteilyä kertyy nopeasti, kunnes vahvistuksen kyllästyminen tapahtuu, mikä johtaa vakaaseen jatkuvaan lasersäteen ulostuloon etupeilin kautta (tyypillisesti 99% heijastava).
He-Ne-laserin vahvistuskaistanleveyttä hallitsee matalasta kaasun paineesta johtuva doppler-laajeneminen eikä paineen laajeneminen, joten se on melko kapea: 633 nm: n siirtymälle vain noin 1,5 GHz: n täysleveys. Ontelot, joiden tyypilliset pituudet ovat 15-50 cm, mahdollistavat noin 2-8 pitkittäissuuntaisen tilan värähtelyn samanaikaisesti (erikoissovelluksiin on kuitenkin saatavana yksisuuntaisia moodeja). Punaisen He-Ne-laserin näkyvä ulostulo, pitkä koherenssipituus ja erinomainen tilalaatu tekevät laserista käyttökelpoisen holografian lähteen ja spektroskopian aallonpituusvertailukohteen. Stabiloitu he-Ne-laser on myös yksi mittarin määrittelyn vertailujärjestelmistä.
ennen halpojen, runsaiden diodilasereiden keksimistä punaisia He-Ne-lasereita käytettiin laajalti markettien kassojen viivakoodiskannereissa. Lasergyroskoopeissa on käytetty He-Ne-lasereita, jotka toimivat 633 nm: n aallonpituudella rengaslaserkonfiguraatiossa. He-Ne-laserit ovat yleensä läsnä koulutus-ja tutkimus optisissa laboratorioissa.