氣體放電和粒子碰撞
氦氖雷射器的工作原理主要基於氣體放電和粒子碰撞。氦氖雷射器內部包含一個封閉的氣室，內部充滿了氦氖混合氣體，當外部施加高壓電場時，電子會被加速並撞擊氣體原子，使其激發到高能態，這些處於高能態的原子在回到基態時會釋放出能量，其中一部分能量以一定的機率被釋放成雷射光子，進而激發其他氦氖原子向基態躍遷，放出更多的雷射光子形成光子串列，從而形成雷射。
具體來說，氦原子在放電過程中被激發到亞穩態，然後將能量共振轉移到氖原子，氖原子隨後在激發狀態下產生多種波長的雷射，主要包括632.8nm、1152nm、3391nm等。這種雷射器通常由一個氦氖混合氣體管道構成，兩端各有一個鏡子形成光學共振腔，以增強雷射的相乾性和強度。