Un laser à électrons libres, ou FEL, est un laser qui produit un faisceau de lumière très brillant. Il s'agit essentiellement d'une super lampe de poche. Il partage les mêmes propriétés optiques que les lasers conventionnels, comme l'émission d'un faisceau composé d'un rayonnement électromagnétique cohérent pouvant atteindre une puissance élevée. Le FEL a utilisé des principes de fonctionnement pour former le faisceau qui sont très différents des principes de fonctionnement d'un laser conventionnel. Contrairement aux lasers à gaz, à liquide ou à solide tels que les lasers à diode, dans lesquels les électrons sont excités tout en étant liés aux atomes, les FEL utilisent un faisceau d'électrons relativiste comme support d'émission laser qui se déplace librement à travers une structure magnétique, d'où le terme d'électron libre. Le laser à électrons libres possède la gamme de fréquences la plus large de tous les types de laser et peut être largement accordé, sa longueur d'onde allant actuellement des micro-ondes, en passant par le rayonnement térahertz et l'infrarouge, au spectre visible, à l'ultraviolet et aux rayons X.
Les lasers à électrons libres ont été inventés par John Madey en 1976 à l'université de Stanford. Il s'appuie sur les recherches menées par Hans Motz et ses collègues qui ont fabriqué le premier onduleur à Stanford en 1953 en utilisant la configuration magnétique wiggler qui est au cœur d'un laser à électrons libres. Madey a utilisé un faisceau d'électrons de 24 MeV et un wiggler de 5 m de long pour amplifier un signal. Peu après, d'autres laboratoires disposant d'accélérateurs ont commencé à développer de tels lasers.
Les lasers à électrons libres consomment beaucoup d'électricité lorsqu'ils fonctionnent. Pour réduire l'énergie nécessaire à leur fonctionnement, les scientifiques utilisent un accélérateur linéaire à récupération d'énergie pour recycler le faisceau d'électrons de haute énergie qui active le laser.
