氦氖激光器使用填充氦氖混合气体的管子。辉光放电激发氦原子，然后通过碰撞将能量传递给氖原子。氖提供多种激光跃迁波长，最常见的是632.8 nm红光，而其它波长还包括1.15 µm近红外光、543.5 nm绿光、594 nm黄光、612 nm橙光和3.39 µm中红外光。
使用合适的谐振腔反射镜可选定特定的波长。由于低激光增益，谐振腔损耗必须很小，通常低于1%。
上图中的氦氖激光器结构基于玻璃管，可搭配不同的反射镜组使用，并且在两端配有布儒斯特窗片。低成本设备通常采用不可更换的内部反射镜。
典型的氦氖激光器具有长度约为20厘米的气体腔，用于产生波长632.8纳米、功率几毫瓦的连续波激光，而耗电量为几瓦。氦氖激光器的光束质量通常非常好。
氦氖激光器，特别是632.8纳米标准版本，常用于对准，其主要竞争类型是激光二极管。二极管虽然更紧凑、更高效，但光束使用的便利性不如氦氖。
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