laserns förstärkningsmedium, som föreslagits av dess namn, är en blandning av helium-och neongaser, i ungefär ett 5:1-förhållande, innehållande vid lågt tryck i ett glashölje. Gasblandningen är mestadels helium, så att heliumatomer kan exciteras. De upphetsade heliumatomerna kolliderar med neonatomer, spännande några av dem till det tillstånd som utstrålar 632,8 nm. Utan helium skulle neonatomerna vara upphetsade mestadels för att sänka upphetsade tillstånd, ansvariga för icke-laserlinjer.
en neonlaser utan helium kan konstrueras, men det är mycket svårare utan detta medel för energikoppling. Därför kommer en he-ne-laser som har förlorat tillräckligt med helium (t.ex. på grund av diffusion genom tätningarna eller glaset) att förlora sin laserfunktion eftersom pumpeffektiviteten blir för låg. Laserns energi eller pumpkälla tillhandahålls av en högspänningselektrisk urladdning som passerar genom gasen mellan elektroder (anod och katod) i röret. En likström på 3 till 20 mA krävs vanligtvis för CW-Drift. Laserns optiska hålighet består vanligtvis av två konkava speglar eller ett plan och en konkav spegel: en med mycket hög (typiskt 99,9%) reflektans och utgångskopplingsspegeln tillåter ungefär 1% Överföring.
kommersiella He-ne-lasrar är relativt små enheter, bland gaslasrar, med kavitetslängder som vanligtvis sträcker sig från 15 till 50 cm (men ibland upp till cirka 1 cm effektnivåer som sträcker sig från 0,5 till 50 MW.
den röda he-ne-laservåglängden på 633 nm har en faktisk vakuumvåglängd på 632.991 nm, eller cirka 632.816 nm i luft. Våglängderna för de stimulerade emissionslägena ligger inom cirka 0.001 nm över eller under detta värde, och våglängderna för dessa lägen skiftar inom detta intervall på grund av termisk expansion och sammandragning av kaviteten. Frekvensstabiliserade versioner gör det möjligt att specificera våglängden för ett enda läge inom 1 del i 108 med tekniken att jämföra krafterna för två longitudinella lägen i motsatta polariseringar. Absolut stabilisering av laserns frekvens (eller våglängd) så fin som 2,5 delar i 1011 kan erhållas genom användning av en jodabsorptionscell.
mekanismen som producerar populationsinversion och ljusförstärkning i en he-ne-laserplasma har sitt ursprung i oelastisk kollision av energiska elektroner med grundtillstånd heliumatomer i gasblandningen. Som visas i det medföljande energinivådiagrammet exciterar dessa kollisioner heliumatomer från marktillståndet till högre energi exciterade tillstånd, bland dem 23S1 och 21s0 (ls eller Russell-Saunders koppling, främre nummer 2 indikerar att en upphetsad elektron är n = 2 tillstånd) är långlivade metastabila tillstånd. På grund av en slumpmässig nära sammanträffande mellan energinivåerna för de två he-metastabila tillstånden och neonnivåerna 5S2 och 4S2 ( Paschen notation) resulterar kollisioner mellan dessa heliummetastabila atomer och marktillstånd neonatomer i en selektiv och effektiv överföring av excitationsenergi från helium till neon. Denna process för överföring av excitationsenergi ges av reaktionsekvationerna
He * (23s1) + Ne1S0 kg he(1S0) + Ne*4S2 + kg, He*(21s) + Ne1S0 + kg he (1S0) + Ne*5s2,
där * representerar ett upphetsat tillstånd, och KG är den lilla energiskillnaden mellan energitillstånden för de två atomerna, i storleksordningen 0,05 eV, eller 387 cm−1, som levereras av kinetisk energi. Excitation – energiöverföring ökar befolkningen i neon 4S2 och 5s2 nivåer många gånger. När befolkningen i dessa två övre nivåer överstiger den motsvarande lägre nivån, 3p4, till vilken de är optiskt anslutna, är befolkningsinversion närvarande. Mediet blir kapabelt att förstärka ljus i ett smalt band vid 1,15 occurm (motsvarande 4S2 till 3p4-övergången) och i ett smalt band vid 632,8 nm (motsvarande 5S2 till 3p4-övergången). 3p4-nivån töms effektivt genom snabbt strålningsförfall till 3s-tillståndet och når så småningom marktillståndet.det återstående steget i att använda optisk förstärkning för att skapa en optisk oscillator är att placera mycket reflekterande speglar i varje ände av förstärkningsmediet så att en våg i ett visst rumsligt läge kommer att reflektera tillbaka på sig själv och få mer kraft i varje pass än vad som går förlorat på grund av överföring genom speglarna och diffraktionen. När dessa villkor är uppfyllda för ett eller flera longitudinella lägen, kommer strålning i dessa lägen snabbt att byggas upp tills förstärkningsmättnad uppstår, vilket resulterar i en stabil kontinuerlig laserstråleutgång genom den främre (vanligtvis 99% reflekterande) spegeln.
förstärkningsbandbredden för He-ne-lasern domineras av Doppler-breddning snarare än tryckbreddning på grund av det låga gastrycket och är således ganska smal: endast cirka 1,5 GHz full bredd för 633 nm-övergången. Med hålrum med typiska längder på 15 till 50 cm tillåter detta att cirka 2 till 8 längsgående lägen svänger samtidigt (dock är enheter med en longitudinell läge tillgängliga för speciella applikationer). Den synliga utsignalen från den röda he-ne-lasern, lång koherenslängd och dess utmärkta rumsliga kvalitet gör denna laser till en användbar källa för holografi och som våglängdsreferens för spektroskopi. En stabiliserad he-ne-laser är också ett av riktmärkessystemen för definitionen av mätaren.
före uppfinningen av billiga, rikliga diodlasrar användes röda He-ne-lasrar i stor utsträckning i streckkodsläsare vid snabbköpet. Lasergyroskop har använt He-ne-lasrar som arbetar vid 633 nm i en ringlaserkonfiguration. He-ne-lasrar finns i allmänhet i utbildnings-och forskningsoptiska laboratorier.