自由电子激光器是一种新型激光器。自由电子激光器的工作物质是自由电子束，它和普通激光器的根本区别在于：辐射不是基于原子、分子或离子的束缚电子能级间的跃迁。从本质上看，自由电子激光器是一种把相对论电子束的动能转变成相干辐射能的装置。

自由电子激光器具有下述特点：①输出的激光波长可在相当宽的范围内连续调谐，原则上可从厘米波一直调谐到真空紫外，甚至X光的波段，在目前电子加速器可利用的能量范围内，已实现的调谐范围是100nm~1mm；②由于自由电子激光器的工作物质是电子束本身，而不是固体、液体或气体等物质，因而它不会出现自聚焦、自击穿等非线性光学损伤现象，只要电子能量足够大，就可以获得极高的光功率输出；③具有极高的能量转换效率，理论上可高达50％。

自由电子受激辐射的原理早在1951年莫茨(Motz)就提出过，他指出运动速度接近光速的电子(称为相对论电子)通过周期变化的磁场或电场时会产生相干辐射，辐射的频率取决于电子的速度。但是直到1974年才首次在毫米波段实现受激辐射，1976年在红外波段(10mm)实现受激辐射之后，大大推动了对自由电子受激辐射的进一步研究。可以预料，这种高功率、宽调谐激光器将在激光分离同位素、激光核聚变、光化学、激光光谱和激光武器等方面有着重大的应用前景。目前，自由电子激光器仍处于试验阶段，离实际应用尚有相当一段距离。

目前世界上有十余个大型实验室在研究自由电子激光器，其中美国斯坦福大学研究小组的成绩较佳，它们利用直线加速器产生了能量为43MeV的电子束，较稳定地获得了波长为#p#分页标题#e#3.3mm、峰值功率达1.8×10⁵W、平均功率为7W的激光输出，转换效率约0.2％；洛斯阿拉莫斯的研究小组建成了一台可以在9~11mm范围内可调谐的自由电子激光器，平均功率达3kW，脉冲宽度100#p#分页标题#e#ms，转换效率为0.4％。如何提高自由电子激光器的能量转换效率，是自由电子激光器研究的主要课题。