自由电子激光是利用自由电子为工作媒质产生的强相干辐射，它的产生机理不同于原子内束缚电子的受激辐射。由于它的工作介质是自由电子，因此称为自由电子激光。

这种激光的特点是激光波长和脉冲结构可以根据需要进行设计，并且能够在大范围内连续调节，有着重要的应用前景。

自由电子激光的物理原理是利用通过周期性摆动磁场的高速电子束和光辐射场之间的相互作用，使电子的动能传递给光辐射而使其辐射强度增大。利用这一基本思想而设计的激光器称为自由电子激光器（简称FEL）。

如图所示，一组扭摆磁铁可以沿z轴方向产生周期性变化的磁场．磁场的方向沿y轴。由加速器提供的高速电子束经偏转磁铁D导入摆动磁场。

由于磁场的作用．电子的轨迹将发生偏转而沿着正弦曲线运动，其运动周期与摆动磁场的相同。

这些电子在xOz面内摇摆前进，沿x方向有一加速度，因而将在前进的方向上辐射出电磁波。辐射的方向在以电子运动方向为中心的一个角度范围内。

由此可见，自由电子激光器的工作原理完全基于经典物理学，不同于传统激光器（如红宝石激光器）依赖于原子的受激吸收与受激辐射这一量子现象。在经典物理学中，能量是连续的，而不是离散（量子化）的。从而，自由电子激光器可以实现辐射频率的大范围连续调节。