氦鎘鐳射器是一種金屬蒸氣離子鐳射器。其中產生鐳射躍遷的是鎘離子（Cd+)，氦氣（He）作為輔助氣體。它與氦氖鐳射器類似，可以在直流放電的條件下連續工作。它比氦氖鐳射有更高的輸出功率（一般為幾十毫瓦），發射波長較短，為441.6nm（藍紫色）和325nm（紫外），因此，是一種更適用於光敏材料曝光和全息印刷製版的較理想的光源。
氦鎘鐳射器結構
鐳射管用硬料玻璃或石英玻璃製作。陽極為直徑2mm的鎢杆，陰極為鋁質圓筒狀，毛細管長60-2500px，孔徑為1.5-3mm。
陽極端附近有一鎘池，內裝有光譜純金屬鎘。鎘在室溫下為固體，熔點321℃，在真空中昇華溫度為164℃。通過熱源可使金屬鎘昇華成蒸氣。陽極與鎘池之間有一電泳限制段，用以阻止鎘蒸氣擴散到陽極端，避免汙染窗片。
固態鎘在真空中加熱到164℃時，即昇華為蒸氣。鎘蒸氣源源不斷地從鎘池向放電管擴散。隨著鎘池溫度的升高，鎘蒸氣密度越來越大。在放電區域，鎘原子被氦亞穩態原子電離並激發。在電場作用下，（Cd+）從陽極向陰極流動，這個過程稱為電泳效應。為使Cd+在電泳傳輸過程中，不致冷凝在毛細管內壁上，毛細管內壁的溫度須高於鎘蒸氣的冷凝溫度，一般使用外套管結構，依靠放電加熱作用（因放電流大於60mA），即可使放電管溫度保持在鎘的冷凝溫度以上。通過放電區以後，鎘蒸氣便凝結在溫度較低的管殼上，以防止金屬蒸氣汙染窗片。一般He-Cd鐳射器在正常運轉時，鎘蒸氣從陽極向陰極的流動速度約為1-2mg/h。
鐳射器一般為全外腔結構，便於更換反射鏡，既能產生441.6nm的鐳射，又能產生325nm的鐳射。氦鎘鐳射器的激發機理，普遍認為是彭寧效應所致。He亞穩態原子的能量約為20ev，而Cd的電離電位為8.99ev，鎘原子很容易通過與亞穩態氦原子的碰撞而被電離，同時被激發成激發態鎘離子（Cd+）。
彭寧效應的過程為：放電管中高速電子與氦原子碰撞，將氦原子從基態激發到21S0和23S1亞穩態，即 e-+He→He*+e-+ΔE氦鎘鐳射器工作特性
1．氦氣壓強對輸出功率的影響。氦氣最佳氣壓值由下式近似估計：
Pd=10-12Torr.mm
2．鎘源溫度對輸出功率的影響。當鎘源溫度升高時，鎘原子密度增加，使參與鐳射過程的Cd+粒子數增多，有利於提高輸出功率。但是另一方面由於鎘的電離電位和激發電位都較低，自由電子容易與其發生碰撞而失去能量。因此鎘蒸氣密度過大時，將導致管內的溫度下降，使亞穩態氦原子數減少，從而使輸出功率下降。所以存在一個最佳鎘蒸氣壓強的最佳鎘源溫度。
最佳溫度隨鐳射管結構的不同而不同，約為200-250℃。當最佳鎘蒸氣壓約為10-3Torr，鎘原子密度約為3×25350px-3。 然後，亞穩態氦原子He*與中性Cd原子碰撞，使之電離，並激發到Cd+的激發態5s22D5/2和5s22D3/2（即鐳射上能級）。
這種碰撞稱彭寧碰撞，即
He*+Cd→（Cd+）*+He+e-+ΔE
其中的剩餘能量，將由電子帶走。
另外，從能級壽命看，亞穩態He*壽命長，約為10-6s，這對於激發Cd有利。（Cd+）*的5S22D5/2能級壽命約為7.8×10-7s，而5P2P03/2（鐳射下能級）的壽命為2.2×10-9s。因而可形成粒子數反轉分佈。441.6nm和325nm對應的躍遷分別為：
441.6nm Cd+5S22D5/2——5P2P03/2 325.0nm Cd+5S22D3/2——5P2P01/2