het versterkingsmedium van de laser, zoals de naam suggereert, is een mengsel van helium-en neongassen, in een verhouding van ongeveer 5:1, bij lage druk in een glazen omhulsel. Het gasmengsel bestaat voornamelijk uit helium, zodat heliumatomen kunnen worden opgewekt. De opgewekte heliumatomen botsen met neonatomen, waardoor sommige van hen in de toestand komen die 632,8 nm uitstraalt. Zonder helium, zouden de neonatomen meestal worden opgewekt om lagere opgewonden Staten, verantwoordelijk voor niet-laserlijnen.
een neonlaser zonder helium kan worden geconstrueerd, maar het is veel moeilijker zonder dit middel van energiekoppeling. Daarom zal een He-Ne laser die genoeg helium heeft verloren (bijvoorbeeld door diffusie door de afdichtingen of glas) zijn laserfunctionaliteit verliezen omdat de pompefficiëntie te laag zal zijn. De energie-of pompbron van de laser wordt geleverd door een hoogspanningselektrische ontlading die door het gas tussen elektroden (anode en kathode) in de buis wordt geleid. Een gelijkstroom van 3 tot 20 mA is doorgaans vereist voor CW-werking. De optische holte van de laser bestaat meestal uit twee concave spiegels of een vlak en een concave spiegel: een met een zeer hoge (typisch 99,9%) reflectie, en de output coupler spiegel die ongeveer 1% transmissie.
commerciële He–Ne-lasers zijn relatief kleine apparaten, onder gaslasers, met een holtelengte die gewoonlijk varieert van 15 tot 50 cm (maar soms tot ongeveer 1 meter tot bereiken van de hoogste vermogens), en optische uitgangsvermogen niveaus variërend van 0,5 tot 50 mW.
De Rode He-Ne-lasergolflengte van 633 nm heeft een werkelijke vacuümgolflengte van 632.991 nm, of ongeveer 632.816 nm in lucht. De golflengten van de gestimuleerde emissiemodi liggen binnen ongeveer 0.001 nm boven of onder deze waarde, en de golflengten van deze modi verschuiven binnen dit bereik als gevolg van thermische uitzetting en samentrekking van de holte. Frequentie-gestabiliseerde versies maken het mogelijk de golflengte van een enkele modus te specificeren binnen 1 deel in 108 door de techniek van het vergelijken van de bevoegdheden van twee longitudinale modi in tegengestelde polarisaties. De Absolute stabilisatie van de frequentie (Of golflengte) van de laser zo fijn als 2,5 delen in 1011 kan worden verkregen door gebruik te maken van een jodiumabsorptiecel.
het mechanisme dat populatie-inversie en lichtversterking in een he-Ne laserplasma veroorzaakt, ontstaat door een inelastische botsing van energetische elektronen met heliumatomen in de grondtoestand in het gasmengsel. Zoals getoond in het bijbehorende energie-niveau diagram, deze botsingen wekken heliumatomen uit van de grondtoestand naar hogere energie opgewekte toestanden, waaronder de 23S1 en 21S0 (LS, of Russell-Saunders koppeling, front nummer 2 geeft aan dat een opgewekte elektron n = 2 toestand is) zijn langlevende metastabiele toestanden. Door een toevallig bijna-toeval tussen de energieniveaus van de twee he metastabiele toestanden en de 5s2 en 4s2 ( Paschen notatie) niveaus van neon, resulteert botsingen tussen deze helium metastabiele atomen en neonatomen in een selectieve en efficiënte overdracht van excitatie-energie van het helium naar neon. Dit proces van excitatie – energieoverdracht wordt gegeven door de reactievergelijkingen
He * (23S1) + Ne1S0 → He(1S0) + Ne*4s2 + ΔE, He*(21S) + Ne1S0 + ΔE → He(1S0) + Ne*5s2,
waar * een opgewekte toestand voorstelt, en ΔE het kleine energieverschil is tussen de energietoestanden van de twee atomen, in de Orde van 0,05 eV, of 387 cm−1, die wordt geleverd door kinetische energie. Excitatie – energie-overdracht verhoogt de bevolking van de neon 4S2 en 5s2 niveaus vele malen. Wanneer de populatie van deze twee bovenste niveaus groter is dan die van het overeenkomstige lagere niveau, 3p4, waarmee ze optisch verbonden zijn, is de populatie-inversie aanwezig. Het medium kan licht versterken in een smalle band bij 1,15 µm (wat overeenkomt met de overgang van 4s2 tot 3p4) en in een smalle band bij 632,8 nm (wat overeenkomt met de overgang van 5s2 tot 3p4). Het 3p4-niveau wordt efficiënt geleegd door snel radiatief verval naar de 3S-toestand, waarbij uiteindelijk de grondtoestand wordt bereikt.
de resterende stap bij het gebruik van optische versterking om een optische oscillator te creëren is het plaatsen van hoogreflecterende spiegels aan elk uiteinde van het versterkende medium, zodat een golf in een bepaalde ruimtelijke modus terug op zichzelf zal reflecteren, waardoor in elke doorgang meer vermogen wordt verkregen dan verloren gaat door transmissie door de spiegels en diffractie. Wanneer aan deze voorwaarden voor een of meer longitudinale modi wordt voldaan, dan zal de straling in die modi snel opbouwen totdat de versterkingsverzadiging optreedt, wat resulteert in een stabiele continue laserstraal-output door de voorste (typisch 99% reflecterende) spiegel.
de versterkingsbandbreedte van de He-Ne-laser wordt gedomineerd door dopplerverbreding in plaats van drukverbreding door de lage gasdruk en is dus vrij smal: slechts ongeveer 1,5 GHz volledige breedte voor de overgang van 633 nm. Met holten met typische lengtes van 15 tot 50 cm, maakt dit ongeveer 2 tot 8 longitudinale modi gelijktijdig oscilleren (echter, single-longitudinale-mode eenheden zijn beschikbaar voor speciale toepassingen). De zichtbare output van de rode he-Ne laser, lange coherentie lengte, en zijn uitstekende ruimtelijke kwaliteit, maakt deze laser een nuttige bron voor holografie en als golflengteverwijzing voor spectroscopie. Een gestabiliseerde He-Ne laser is ook een van de referentiesystemen voor de definitie van de meter.
vóór de uitvinding van goedkope, overvloedige diodelasers werden rode He-Ne-lasers op grote schaal gebruikt in barcodescanners bij de kassa ‘ s in de supermarkt. Laser gyroscopen hebben He-Ne-lasers gebruikt die bij 633 nm in een ringlaserconfiguratie werken. He-Ne-lasers zijn over het algemeen aanwezig in optische laboratoria voor onderwijs en onderzoek.