自1960年世界上第一台激光器诞生以来， 随着激光器技术的研究和发展， 人们普遍希望普通激光器的功率、效率、和波长调谐范围能有大幅度地提高， 但对于普通的激光器来说， 简直难于作到， 于是科学家们开始探索新的方法， 新的途径来提高激光器的性能。

　　早在20世纪50年代初期， 就有人提出了自由电子受激辐射的设想。1950年， 有人用射频直线加速器和摆动器演示了可见波长自发辐射和微波相干辐射。1957 年到1964年间， 自由电子微波激射器问世， 称为“ubitron”， 在5mm 波长上产生150KW的峰值功率。同时， 人们利用高能电子在轴向磁场中的横向回旋运动产生毫米波， 但一直到1974年才首次在毫米波段实现受激辐射。1977年，美国斯坦福大学的红外波段实现受激辐射. 当时研究此课题时所需的电子加速器等设备相当复杂且价格昂贵. 1978年， 美国海军研究实验室在红外区也取得实验成功。20世纪70 年代， 自由电子激光研究还不怎么兴旺。当它重新开始升温时， 分别通过受激康普顿散射和受激拉曼散射发展。1983年， 法国奥赛的电磁辐射应用实验室， 首次用储存环中运行的电子束获得激光效应， 这台新型的自由电子激光器首次在可见光频段发射光子。1984年， 美国物理学家在加速器上利用电子束放大一束微波辐射， 获得了高功率、高效率、波长宽调谐范围的激光。

       自由电子激光器潜在高输出功率、高效率特性， 使它首先就被考虑用在国防上。20世纪80 年代， 美国里根总统提出了战略防御倡议计划， 使自由电子激光器成为美国“星球大战”计划中陆基或天基定向能武器中最有希望的候选者。这就促使了美国自由电子激光器的研究、开发取得了一系列很大的进展。

　　激光技术的研究和开发应用是以军事武器的研究应用为先导， 而逐步推广应用于民品开发生产中去的。研究和发展自由电子激光器的领域十分广阔， 科学家们在许多领域内进行了大量尝试或试探性的应用研究工作。由于自由电子激光器体积庞大， 造价高昂， 极大地限制了其使用范围。自由电子激光器能否充分发挥其优异特性而走向实用， 最终将取决于器件能否小型化。因此， 国际上研究自由电子激光器的热点转向了小型化、实用化、短波长(真空紫外、软X射线)方面。美国LosAlamos实验室于1993 年首次实验成功小型化的自由电子激光器( FEL)。它运行在4-6μm波段，输出峰值功率10MW， 光阴极电子枪的亮度高达2*10（12）A /m2.rad2， 实现了高质低能( 17M ev) 电子束产生中红外自由电子激光。整个装置占有较小的空间， 从而使FEL向小型化和实际应用迈进了一大步。另一方面， 人们在小周期波荡器、虚火花放电装置及虚火花放电、高压电源的改进等几项新技术方面开展的研究都为自由电子激光器走向小型化提供了有利条件。同时， 研制波长几毫米以下的微型摆动器以及激光摆动器、适于上述摆动的低能及角度色散电子束源的开发也成为研究的目标。另外， 利用切伦科夫辐射和史密斯.帕塞尔辐射的新型自由电子激光器， 体积也大大缩小。

　　自由电子激光器能否出光， 运行质量如何， 主要取决于电子束的质量和电子加速器的运行质量。由于激光阴极射频枪以及高亮度电子储存研究的进展， 很有希望获得高质量的电子束。自由电子激光器装置结构复杂、体积庞大， 价格昂贵、而加速器则是其主要部分， 因此， 自由电子激光器的研究首先要解决的就是研制小型化、简单化的加速器。

　　20世纪90年代初期， 自由电子激光器的平均功率就已达11W。为进一步提高自由电子激光的输出功率和效率并进一步缩短波长， 特别是探索更有效的短波长(紫外及X 射线)自由电子激光的机理， 人们对各种与等离子体有关的“非常规”自由电子激光器进行了研究， 并迅速成为自由电子激光研究领域内的热点之一。如等离子体波Wiggler自由电子激光， 以等离子体为背景的静磁Wiggler自由电子激光和离子通道激光。

　　1994年10月， 日本关西学术文化研究都市津田的自由电子激光研究所制成了兆瓦量级的自由电子激光实用装置。 这归功于花了二、三十年研究成功的电子直线加速器、微波源和超高真空等基础技术。开发远紫外自由电子激光器需要大电流的贮存环， 长寿命的电子枪以及10（- 9） Pa的超高真空等技术。

       以自放大自发辐射为基础的单程自由电子激光器提供了另一种向真空紫外和X 射线激光推进的路线， 这种自由电子激光器可能提供极强的偏振超脉冲类激光辐射。除了它们的高峰值亮度和高平均亮度外， 电子能量的可调谐性使得这种自由电子激光器成为真空紫外和X 射线辐射无可匹敌的光源。

　　本世纪初， 德国汉堡研究人员报告了德国电子同步加速器的真空紫外激光器已产生80 ~120nm可调谐， 吉瓦级功率， 30 ~ 100fs脉冲， 其峰值亮度比目前第三代同步辐射源高8 个数量级。2003年开始进行6nm 自由电子激光器的研究工作。

　　人们在成功地建造出真空紫外波段的自放大自发辐射自由电子激光器后， 研究人员把目光放在产生0.1nm最小波长的X 射线自由电子激光器上。德国汉堡电子对撞中心( DESY)的科学家研制出了相当于1000 万倍自然光强度的X 射线激光器。这种自由电子激光器达到了理论上的最大功率。在紫外线照射时， 其功率比其它光源要强千倍。这台自由电子激光器长约30米， 波长范围在80到180纳米之间。据俄罗斯“劳动报”报道，西伯利亚科学家成功地制造出一台世界上独一无二的输出功率和频率均可调的自由电子激光器。这台自由电子激光器高达百米， 功率可调范围为10~ 100 千瓦， 波长的变化范围为2 ~ 30μm， 该激光器的方向性极强， 光束射到月球表面时， 光斑直径不超过30厘米。