自由電子激光是利用自由電子為工作媒質(zhì)產(chǎn)生的強(qiáng)相干輻射，它的產(chǎn)生機(jī)理不同于原子內(nèi)束縛電子的受激輻射。由于它的工作介質(zhì)是自由電子，因此稱為自由電子激光。

這種激光的特點(diǎn)是激光波長和脈沖結(jié)構(gòu)可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且能夠在大范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)，有著重要的應(yīng)用前景。

自由電子激光的物理原理是利用通過周期性擺動(dòng)磁場的高速電子束和光輻射場之間的相互作用，使電子的動(dòng)能傳遞給光輻射而使其輻射強(qiáng)度增大。利用這一基本思想而設(shè)計(jì)的激光器稱為自由電子激光器（簡稱FEL）。

如圖所示，一組扭擺磁鐵可以沿z軸方向產(chǎn)生周期性變化的磁場．磁場的方向沿y軸。由加速器提供的高速電子束經(jīng)偏轉(zhuǎn)磁鐵D導(dǎo)入擺動(dòng)磁場。

由于磁場的作用．電子的軌跡將發(fā)生偏轉(zhuǎn)而沿著正弦曲線運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)周期與擺動(dòng)磁場的相同。

這些電子在xOz面內(nèi)搖擺前進(jìn)，沿x方向有一加速度，因而將在前進(jìn)的方向上輻射出電磁波。輻射的方向在以電子運(yùn)動(dòng)方向?yàn)橹行牡囊粋�(gè)角度范圍內(nèi)。

由此可見，自由電子激光器的工作原理完全基于經(jīng)典物理學(xué)，不同于傳統(tǒng)激光器（如紅寶石激光器）依賴于原子的受激吸收與受激輻射這一量子現(xiàn)象。在經(jīng)典物理學(xué)中，能量是連續(xù)的，而不是離散（量子化）的。從而，自由電子激光器可以實(shí)現(xiàn)輻射頻率的大范圍連續(xù)調(diào)節(jié)。