X射線激光

X 射線激光指的是 XFEL （x-ray free-electron laser），X 射線自由電子激光。而這種激光，是將自由電子激光技術（FEL）產生的激光，拓展到 X 射線范圍內而產生的一種 X 射線激光。這種激光的強度可達傳統方法產生的激光亮度的十億倍，因此可讓較小晶體產生出足夠強的衍射圖樣，也就可以進行研究了。

傳統激光技術，是以某種固體或氣體激發介質為載體，激發原子核外電子到高能級，利用其躍遷到低能級時發射出的光子作為激光源，經過諧振腔選擇波長、令其相干后發射到激光器外產生激光。顯而易見的，受制于介質所擁有的電子數目，這種激光器的總輸出能量是受限的。

而新型的自由電子激光技術（FEL）則不同。這種技術不再需要傳統激發介質，而直接使用激發的電子流作為介質，使用其躍遷到低能級產生的光子，經諧振后發射出激光器。下圖就是這種激光器的工作原理示意。將激發的電子流射入到 N、S 級交錯排列的磁場，令其在磁場中做正弦運動，雖然在整個運動過程中，產生的光波長不一，但是由于磁場的排列是精心設計的，可令目標波長之外的光波互相干涉相消，而只留下目標波長的光波可以發射到外部，因此出射光即是滿足要求的激光。

由于電子束的密度不再受介質制約，而只受到產生能力的制約，而產生能力又是可以疊加的，因此產生的光強就可以遠超傳統方法產生的激光。此外，由于外加磁場的排布可調，這種方法可以產生出寬范圍的激光——從毫米級波長的 THz 激光到納米級別 X 射線激光都可以用這種方法產生。