定义
通过与波动器中的快速电子相互作用而发生光放大的激光设备。
自由电子激光器是一种相对奇特的激光器，其中光放大是在波动器中实现的，由来自电子加速器的高能（相对论）电子馈送。 这种设备已经证明，发射波长从太赫兹区域通过中红外和近红外，可见光和紫外线范围到达X射线区域，即使没有单个设备可以跨越整个波长范围。
图1：设置波动器，如自由电子激光器中使用的。周期性变化的磁场迫使电子束（蓝色）在略微振荡的路径上，从而导致辐射的发射。
在波动器中，磁铁（永磁体或电磁铁）的周期性排列产生周期性变化的洛伦兹力，迫使电子以取决于电子能量、波动器周期和（弱）磁场强度的频率辐射。 自发发射和受激发射都会发生，允许在特定波长范围内进行光放大。
自由电子激光器最大的吸引力是：
- 它们能够在非常宽的波长区域工作
- 单个设备可实现大波长调谐范围
- 在极端波长区域具有出色的性能，这是任何其他光源都无法达到的
与其他同步辐射源（纯波动器和摆动器）相比，FEL可以产生具有更高光谱亮度和相干性的输出。 这对于许多应用非常有用，包括原子和分子物理学、超快 X 射线科学、高级材料研究、超快化学动力学、生物学和医学等领域。
FEL的最大缺点是它们的设置非常大且昂贵，因此它们只能在世界上相对较少的大型设施中使用。 在汉堡进行了一项雄心勃勃的自由电子激光项目（欧洲XFEL，最初在TESLA项目中，现在在欧洲项目中）[17]。 3.4公里长的XFEL可产生具有前所未有的性能特征的硬X射线输出：波长低至0.05 nm，脉冲持续时间低于100 fs，以及极高的亮度。 SLAC的LCLS已经实现了低于0.15 nm的激光波长，对应于10 keV的光子能量。
参考文献
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[15] The World Wide Web Library on Free Electron Lasers, http://sbfel3.ucsb.edu/www/vl_fel.html
[16] The LCLS (Linac Coherent Light Source) at SLAC (Stanford), https://lcls.slac.stanford.edu/
[17] The European X-ray laser project XFEL, https://www.xfel.eu/
