Un laser ad elettroni liberi, o FEL, è un laser che produce un fascio di luce molto luminoso. È fondamentalmente una super torcia elettrica. Condivide le stesse proprietà ottiche dei laser convenzionali, come l'emissione di un fascio costituito da una radiazione elettromagnetica coerente che può raggiungere una potenza elevata. Il FEL ha usato principi di funzionamento per formare il raggio che sono principi di funzionamento molto diversi da quelli di un laser convenzionale. A differenza dei laser a gas, liquidi o a stato solido come i laser a diodi, nei quali gli elettroni sono eccitati mentre sono legati agli atomi, i FEL usano un fascio di elettroni relativistico come mezzo laser che si muove liberamente attraverso una struttura magnetica, da cui il termine di elettroni liberi. Il laser ad elettroni liberi ha la più ampia gamma di frequenza di qualsiasi tipo di laser, e può essere ampiamente accordato, attualmente varia in lunghezza d'onda dalle microonde, attraverso la radiazione terahertz e l'infrarosso, allo spettro visibile, all'ultravioletto, ai raggi X.
I laser ad elettroni liberi sono stati inventati da John Madey nel 1976 all'Università di Stanford. Il lavoro si basa sulle ricerche di Hans Motz e dei suoi collaboratori che hanno realizzato il primo ondulatore a Stanford nel 1953 utilizzando la configurazione magnetica wiggler che è il cuore di un laser ad elettroni liberi. Madey ha usato un fascio di elettroni a 24 MeV e un wiggler di 5 m di lunghezza per amplificare un segnale. Poco dopo, altri laboratori con acceleratori iniziarono a sviluppare tali laser.
I laser ad elettroni liberi utilizzano molta elettricità quando funzionano. Per ridurre l'energia necessaria a mantenerli in funzione, gli scienziati usano un acceleratore lineare di recupero dell'energia per riciclare il fascio di elettroni ad alta energia che attiva il laser.
