自由電子激光器( FEL)是一類不同于傳統激光器的新型高功率相干輻射光源。雖然傳統的激光器具有極好的單色性和相干性， 但它的低功率、低效率、固定頻率和光束質量差的弱點， 使它大大遜色于自由電子激光器。自由電子激光器不需要氣體、液體或固體作為工作物質， 而是將高能電子束的動能直接轉換成相干輻射能。 因此， 也可以認為自由電子激光器的工作物質就是自由電子。