a lézer nyereségközege, amint azt a neve is sugallja, hélium és neon gázok keveréke, körülbelül 5: 1 arányban, alacsony nyomáson, üvegburkolatban. A gázkeverék többnyire hélium, így a hélium atomok gerjeszthetők. A gerjesztett héliumatomok neonatomokkal ütköznek, amelyek közül néhányat 632,8 nm-t sugárzó állapotba izgat. Hélium nélkül a neonatomok többnyire alacsonyabb gerjesztett állapotokba gerjesztődnek, amelyek felelősek a nem lézervonalakért.
hélium nélküli neon lézert lehet építeni, de ez sokkal nehezebb az energiakapcsolás ezen eszköze nélkül. Ezért egy He-Ne lézer, amely eleget veszített héliumából (például a tömítéseken vagy az üvegen keresztüli diffúzió miatt), elveszíti lézerfunkcióját, mert a szivattyúzási hatékonyság túl alacsony lesz. A lézer energia-vagy szivattyúforrását egy nagyfeszültségű elektromos kisülés biztosítja, amelyet a csövön belül az elektródák (anód és katód) közötti gázon keresztül vezetnek át. A CW működéséhez általában 3-20 mA egyenáram szükséges. A lézer optikai ürege általában két homorú tükörből vagy egy síkból és egy homorú tükörből áll: az egyik nagyon magas (jellemzően 99,9%) visszaverődéssel rendelkezik, a kimeneti csatoló tükör pedig körülbelül 1% – os átvitelt tesz lehetővé.
a kereskedelmi He-ne lézerek viszonylag kicsi eszközök, a gázlézerek között, amelyek üreghossza általában 15-50 cm (de néha körülbelül 1 a legnagyobb teljesítmény eléréséhez), és az optikai kimeneti teljesítményszintek 0,5-50 mW között mozognak.
a vörös He-Ne lézer hullámhossza 633 nm tényleges vákuum hullámhossza 632,991 nm, vagyis körülbelül 632,816 nm a levegőben. A stimulált emissziós módok hullámhossza kb 0.001 nm ezen érték felett vagy alatt, és ezen üzemmódok hullámhosszai ezen tartományon belül eltolódnak az üreg hőtágulása és összehúzódása miatt. A frekvenciastabilizált változatok lehetővé teszik, hogy az egyetlen mód hullámhosszát 1 rész 108-ban határozzuk meg két hosszirányú mód teljesítményének összehasonlításával ellentétes polarizációkban. A lézer frekvenciájának (vagy hullámhosszának) abszolút stabilizálása olyan finom, mint 2,5 rész 1011-ben, jódabszorpciós sejt alkalmazásával érhető el.
A he-Ne lézerplazmában a populáció inverzióját és fényerősítését előidéző mechanizmus az energikus elektronok talajállapotú héliumatomokkal való rugalmatlan ütközéséből származik a gázkeverék. Amint azt a kísérő energiaszint diagram mutatja, ezek az ütközések gerjesztik a héliumatomokat az alapállapotból a magasabb energiájú gerjesztett állapotokba, köztük a 23s1 és 21s0 (LS, vagy Russell–Saunders tengelykapcsoló, a 2.első szám azt jelzi, hogy egy gerjesztett elektron n = 2 állapot) hosszú élettartamú metastabil állapotok. A két He metastabil állapot energiaszintje és az 5S2 és 4S2 ( Paschen jelölés) Neon szintje közötti véletlen egybeesés miatt ezeknek a hélium metastabil atomoknak és az alapállapotú neon atomoknak az ütközése a gerjesztési energia szelektív és hatékony átadását eredményezi a héliumról a neonra. Ezt a gerjesztési energiaátadási folyamatot a reakcióegyenletek adják
He * (23s1) + Ne1S0 Bt(1S0) + Ne*4S2 + BTB, He*(21S) + Ne1S0 + CTBL he(1S0) + Ne*5S2,
ahol * gerjesztett állapotot képvisel, és a BTBL a két atom energiaállapota közötti Kis energiakülönbség, 0,05 eV vagy 387 cm−1 nagyságrendű, amelyet kinetikus energia szolgáltat. A gerjesztés-energiaátvitel a neon 4S2 és 5s2 szintek populációját sokszorosára növeli. Ha e két felső szint populációja meghaladja a megfelelő alsó szint, a 3p4 populációját, amelyhez optikailag kapcsolódnak, akkor a populáció inverziója van jelen. A közeg képessé válik a fény erősítésére egy keskeny sávban 1,15 GB-nál (megfelel a 4s2 – 3p4 átmenetnek), keskeny sávban pedig 632,8 nm-nél (megfelel az 5S2-3p4 átmenetnek). A 3p4 szintet hatékonyan kiüríti a gyors sugárzó bomlás a 3s állapotba, végül eléri az alapállapotot.
az optikai erősítés optikai oszcillátor létrehozására történő felhasználásának fennmaradó lépése az erősen tükröző tükrök elhelyezése az erősítő közeg mindkét végén úgy, hogy egy adott térbeli módban lévő hullám visszatükröződjön önmagára, minden egyes menetben több energiát nyer, mint amennyit a tükrökön keresztüli átvitel és a diffrakció miatt elvesznek. Ha ezek a feltételek egy vagy több hosszanti üzemmód esetében teljesülnek, akkor ezekben az üzemmódokban a sugárzás gyorsan felhalmozódik, amíg az erősítés telítettsége meg nem történik, ami stabil folyamatos lézersugár kimenetet eredményez az elülső (jellemzően 99%-os fényvisszaverő) tükörön keresztül.
a He-Ne lézer erősítési sávszélességét az alacsony gáznyomás miatt a Doppler-szélesítés dominálja, nem pedig a nyomás szélesítése, ezért meglehetősen keskeny: csak körülbelül 1,5 GHz Teljes szélesség a 633 nm-es átmenethez. A 15-50 cm-es tipikus hosszúságú üregekkel ez lehetővé teszi, hogy körülbelül 2-8 hosszanti üzemmód egyidejűleg oszcilláljon (azonban speciális alkalmazásokhoz egy-hosszirányú üzemmódú egységek állnak rendelkezésre). A vörös He-Ne lézer látható kimenete, hosszú koherenciahossza és kiváló térbeli minősége miatt ez a lézer hasznos forrás a holográfiához és hullámhossz referenciaként a spektroszkópiához. A stabilizált He-Ne lézer szintén az egyik referenciaértékrendszer a mérő meghatározásához.
az olcsó, bőséges Dióda lézerek feltalálása előtt a vörös He-Ne lézereket széles körben használták vonalkódolvasókban a szupermarketek pénztárainál. A lézeres giroszkópok He-Ne lézereket alkalmaztak, amelyek 633 nm-en működnek gyűrűs lézer konfigurációban. A He-ne lézerek általában jelen vannak az oktatási és kutatási optikai laboratóriumokban.