X射线激光

X 射线激光指的是 XFEL （x-ray free-electron laser），X 射线自由电子激光。而这种激光，是将自由电子激光技术（FEL）产生的激光，拓展到 X 射线范围内而产生的一种 X 射线激光。这种激光的强度可达传统方法产生的激光亮度的十亿倍，因此可让较小晶体产生出足够强的衍射图样，也就可以进行研究了。

传统激光技术，是以某种固体或气体激发介质为载体，激发原子核外电子到高能级，利用其跃迁到低能级时发射出的光子作为激光源，经过谐振腔选择波长、令其相干后发射到激光器外产生激光。显而易见的，受制于介质所拥有的电子数目，这种激光器的总输出能量是受限的。

而新型的自由电子激光技术（FEL）则不同。这种技术不再需要传统激发介质，而直接使用激发的电子流作为介质，使用其跃迁到低能级产生的光子，经谐振后发射出激光器。下图就是这种激光器的工作原理示意。将激发的电子流射入到 N、S 级交错排列的磁场，令其在磁场中做正弦运动，虽然在整个运动过程中，产生的光波长不一，但是由于磁场的排列是精心设计的，可令目标波长之外的光波互相干涉相消，而只留下目标波长的光波可以发射到外部，因此出射光即是满足要求的激光。

由于电子束的密度不再受介质制约，而只受到产生能力的制约，而产生能力又是可以叠加的，因此产生的光强就可以远超传统方法产生的激光。此外，由于外加磁场的排布可调，这种方法可以产生出宽范围的激光——从毫米级波长的 THz 激光到纳米级别 X 射线激光都可以用这种方法产生。