自由電子激光器是一種新型激光器。自由電子激光器的工作物質(zhì)是自由電子束，它和普通激光器的根本區(qū)別在于：輻射不是基于原子、分子或離子的束縛電子能級間的躍遷。從本質(zhì)上看，自由電子激光器是一種把相對論電子束的動能轉(zhuǎn)變成相干輻射能的裝置。

自由電子激光器具有下述特點：①輸出的激光波長可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)諧，原則上可從厘米波一直調(diào)諧到真空紫外，甚至X光的波段，在目前電子加速器可利用的能量范圍內(nèi)，已實現(xiàn)的調(diào)諧范圍是100nm~1mm；②由于自由電子激光器的工作物質(zhì)是電子束本身，而不是固體、液體或氣體等物質(zhì)，因而它不會出現(xiàn)自聚焦、自擊穿等非線性光學(xué)損傷現(xiàn)象，只要電子能量足夠大，就可以獲得極高的光功率輸出；③具有極高的能量轉(zhuǎn)換效率，理論上可高達50％。

自由電子受激輻射的原理早在1951年莫茨(Motz)就提出過，他指出運動速度接近光速的電子(稱為相對論電子)通過周期變化的磁場或電場時會產(chǎn)生相干輻射，輻射的頻率取決于電子的速度。但是直到1974年才首次在毫米波段實現(xiàn)受激輻射，1976年在紅外波段(10mm)實現(xiàn)受激輻射之后，大大推動了對自由電子受激輻射的進一步研究?？梢灶A(yù)料，這種高功率、寬調(diào)諧激光器將在激光分離同位素、激光核聚變、光化學(xué)、激光光譜和激光武器等方面有著重大的應(yīng)用前景。目前，自由電子激光器仍處于試驗階段，離實際應(yīng)用尚有相當(dāng)一段距離。

目前世界上有十余個大型實驗室在研究自由電子激光器，其中美國斯坦福大學(xué)研究小組的成績較佳，它們利用直線加速器產(chǎn)生了能量為43MeV的電子束，較穩(wěn)定地獲得了波長為#p#分頁標題#e#3.3mm、峰值功率達1.8×10⁵W、平均功率為7W的激光輸出，轉(zhuǎn)換效率約0.2％；洛斯阿拉莫斯的研究小組建成了一臺可以在9~11mm范圍內(nèi)可調(diào)諧的自由電子激光器，平均功率達3kW，脈沖寬度100#p#分頁標題#e#ms，轉(zhuǎn)換效率為0.4％。如何提高自由電子激光器的能量轉(zhuǎn)換效率，是自由電子激光器研究的主要課題。