场的强烈放大。自由电子雷射能够发射相干的高辐射率的电磁辐射，而且频域相当宽广，从微波到软X-射线。这元件可以应用于制造业、通讯业和各种医疗用途，像软组织手术。现阶段已运行的自由电子雷射有美国史丹福直线加速器中心的直线加速器相干光源（LCLS）、德国电子加速器的汉堡自由电子雷射（Free-electron LASer in Hamburg, FLASH）与正在建造的（E-XFEL）。建成之后，E-XFEL将会是世界上规模最大，能量最高的自由电子雷射装置。
其它.阴极射线管的核心概