Ein Helium-Neon-Laser basiert auf einer Röhre, die mit einer Mischung aus Helium- und Neongas gefüllt ist. Eine elektrische Glimmentladung regt Heliumatome an, die bei den Zusammenstößen ihre Energie auf Neonatome übertragen. Neon verfügt über mehrere Laserübergänge, von denen der beliebteste im roten Spektralbereich bei 632,8 nm liegt, weitere bei 1,15 µm, 543,5 nm (grün), 594 nm (gelb), 612 nm (orange) und 3,39 µm. Eine bestimmte Wellenlänge wird durch die Verwendung geeigneter Resonatorspiegel ausgewählt. Aufgrund der geringen Laserverstärkung muss der Resonatorverlust gering sein, typischerweise unter 1 %.
Der obige Aufbau basiert auf einem Glasrohr, das mit verschiedenen Spiegelsätzen verwendet werden kann und mit Brewster-Fenstern abgeschlossen ist. Preisgünstige Geräte haben oft interne Spiegel, die nicht ausgetauscht werden können.
Typische HeNe-Laser haben eine Gaszelle mit einer Länge von etwa 20 cm und können im Dauerbetrieb bei 632,8 nm einige Milliwatt Ausgangsleistung erzeugen, wobei sie mehrere Watt elektrische Leistung benötigen. Die Strahlqualität ist in der Regel ausgezeichnet.
Helium-Neon-Laser, insbesondere die Standardgeräte, die bei 632,8 nm arbeiten, werden häufig für Ausrichtungszwecke verwendet und konkurrieren mit Laserdioden, die kompakter und effizienter sind, aber weniger günstige Strahleigenschaften haben.