由电子激光器的核心是电子源（通常是粒子加速器）与相互作用区（把电子动能转换为光子能量）。自由电子激光器发明于1976年，发明者为斯坦福大学的约翰·梅迪(John Madey)。而当中的相关技术聚频磁铁则是由Hans Motz及其伙伴于1953年在史丹福大学研制。梅迪当时所用电子束能量为24MeV，放大光讯号的聚频磁铁长5米。
原理.在自由电子激光器中，产生激光的第一步就是产生同步辐射光源，就是先把电子加速成接近光速的电子束，然后电子束以纵向通过以大量二极磁体组成的聚频磁铁/波荡