一種利用自由電子的受激輻射，把相對論電子束的能量轉換成相干輻射的激光器件。自由電子受激輻射的設想曾于1950年由Motz提出，并在1953年進行過實驗，因受當時條件的限制，未能得到證實。1971年斯坦福大學的Madey等人重新提出了恒定橫向周期磁場中的場致受激輻射理論，并首次在毫米波段實現了受激輻射；1976年Madey小組第一次實現了激光放大，1977年4月斯坦福大學Deacon等人才研制成第一臺自由電子激光振蕩器。它由一根抽成真空的長5.2米的銅管組成，外面繞有超導導線，以便在整個管上產生一個周期為3.2厘米的變化的橫向靜磁場（如圖），軸上磁感應強度
B_0為0.24 特斯拉。銅管兩端裝有反射鏡組成諧振腔，腔長12.7米，輸出鏡面的反射率為1.5%，能散度小于3\times10^{-3}的43.5兆電子伏的電子束由超導加速器產生。