自由电子激光器是一种高科技的激光器件，它将相对论电子束的能量转化为高度相干的辐射。这一创新概念源于1951年Motz的设想，尽管在1953年的实验中尝试过，但由于当时的条件限制，未能得到确证。然而，这一理论在1974年由斯坦福大学的Madey等人重新提出并发展，他们在恒定横向周期磁场中探讨了场致受激辐射，首次在毫米波段实现了受激辐射现象的实验验证。
1976年，Madey小组取得突破，实现了激光放大，而真正意义上的自由电子激光振荡器的诞生则是在1977年4月，由斯坦福大学Deacon等人研发完成。这种振荡器的核心是一个5.2米长的真空铜管，外部缠绕着超导导线，以产生一个周期为3.2厘米、轴向磁感应强度B0为0.24特斯拉的横向静磁场。铜管的两端配置有反射镜，共同构成一个谐振腔，腔长达到12.7米，反射率约为1.5%。这种装置能够高效地操控能散度小于3×10-3的43.5兆电子伏的电子束，这些电子束由超导加速器精心生成。