凡是能使自由电子产生自发辐射的各种机理几乎都可以产生受激辐射， 如受激康普顿辐射、受激韧致辐射、受激切伦柯夫辐射、受激喇曼散射、受激电磁冲击辐射等等。因此， 相对应有康普顿激光器、磁韧致激光器、切伦柯夫激光器、喇曼激光器等等。

　　以磁韧致激光器为例， 磁韧致激光器的工作原理是基于康普顿散射效应和磁韧致辐射效应。被加速的电子通过周期性磁场时， 因受磁场作用产生磁韧致辐射效应而激励电磁波。按洛伦兹变换， 周期横向磁场变成既有磁场又有电场的电磁波。该磁场对电子的作用就象迎面而来的入射光波一样可以产生康普顿散射， 从而诱发受激辐射。在这个过程中， 电子释放的光能大部分被磁场中别处的电子所吸引， 但只有波长λ满足λ= λq /2γ2的光才被放大。受激康普顿散射才是激光。 要产生受激康普顿散射， 必须使高能电子与电磁波( 光子)发生作用。根据理论计算， 磁韧致辐射产生的电磁波其强度可以相当大， 其频率可以很高。放大后的光辐射被限制在光学谐振腔内， 被两块彼此相对的反射镜来回反射， 其往返与脉冲电子束同步， 且通过波荡器调节镜子间隔而产生相干振荡.这个电磁波(光子)作为入射激励波再与新的电子束混合放大， 使光辐射得到进一步相干放大， 而输出高功率的激光脉冲。因此， 当一束高能电子注通过周期横向静磁场时， 可以获得强大的激光输出。在振荡场合下， 光学谐振腔是一个重要的部件。光学谐振腔要求有宽通带特性， 以适应在较宽的波长范围内工作； 光损耗要尽可能减小， 以便于起振。在低增益系统中， 光学谐振作用是提供反馈和为合适性能所需的光学模式提供选择。高增益自由电子激光器则往往不需用光学谐振腔就以产生自放大的自发辐射。可见， 自由电子激光器的发展， 可以说是同步辐射和受激辐射的巧妙结合。它消除了同步辐射所带来的非单色性和非相干性的缺陷。

　　控制系统是整个自由电子激光器各部分协调运转的关键所在， 对能否出光起着决定性的作用。它主要由控制台和触发系统两大部分组成。

　　自由电子激光器的波长决定于电子束的速度、电子能量、磁摆动的周期。因此， 通过调节加速电子的能量或者外设电磁场的强度， 很容易改变辐射光的波长， 以实现大范围的调谐。

　　按照电子束的束流大小， 自由电子激光器( FEL ) 可分为拉曼型( R am an 型) 和康普顿型( Com ptou型)。工作在可见光或红外波段的康普顿型自由电子激光器(高电子能量、低电子密度) 把激光器波段推向了短波甚至到X 射线； 工作在毫米和亚毫米波段的拉曼型自由电子激光器(低电子能量， 高电子密度) 填补了可见光， 红外光到微波之间的波段。

　　现有的大多数自由电子激光器产生的辐射都由短脉冲组成， 自由电子激光器有可能产生脉宽仅几个飞秒的超短脉冲， 单脉冲能量达到毫焦耳量级。

        全球争相发展X射线自由电子激光装置

　　近日，韩国浦项加速器研究所的“梦想光工厂”——第四代放射光加速器（PAL-XFEL）项目正式宣告开工建设。目前，浦项研究所正在运转的第三代放射光加速器全长170米，激光能源为3GeV（1GeV = 10亿eV），光的亮度为太阳的一亿倍左右。而第四代放射光加速器长达710米，加上插入装置（250米）和其他装备的话，全长将达1100米。据悉，现在只有美国（LCLS）和日本（SCSS）拥有这一性能的放射光加速器。如果该第四代放射光加速器能够按照计划在2014年年末竣工，韩国将成为第三个拥有这一设备的国家，届时将制造出比太阳还要亮100万万亿倍的光线。

　　目前对X射线自由电子激光装置的科学需求十分强烈，对于建设高亮度多用户的新装置存在普遍的呼声和期待。除已经建成的美国、欧洲和日本的大型自由电子激光装置以外，意大利、美国、韩国和瑞士等国家也在建设软X射线到硬X射线的新用户装置。

　　世界范围内的高增益X射线自由电子激光装置进入高速发展阶段，第四代先进光源的概念和全球布局已经初步形成。

　　世界上第一台软X射线自由电子激光（FLASH）于2006年诞生于德国同步加速器实验室（DESY），第一台硬X射线自由电子激光（LCLS）也于2009年在美国斯坦福直线加速器中心（SLAC）调试成功，迄今为止科学家们已经利用这两台最新的超高亮度相干辐射光源做出了一系列开创性的科学研究成果。此外，还有数台X射线FEL正在亚洲、欧洲和美国等地建设和预研中。日本的硬X射线自由电子激光装置SACLA于2011年6月受激出光，创造了波长短于1nm的新纪录。意大利的软X射线自由电子激光装置FERMI也于2010年12月出光，并已开始了用户实验。中国软X射线自由电子激光试验装置的项目建议书已于2011年2月得到国家发改委的正式批复，预计将在2015年提供高品质的软X射线自由电子激光，与同一园区内的上海光源优势互补，构成具有世界先进水平的光子科学研究平台。