我們知道，自由電子在做加速度運動時，將產生電磁輻射。電子速率發生變化，在前向產生軔致輻射。電子的方向發生變化，在切線方向產生同步輻射。

圖1 電磁頻譜

同步輻射是相對論帶電粒子在電磁場作用下，沿著彎曲軌道行進時，所發出的電磁輻射。同步輻射光源是一種高效能光源。最初伴隨電子同步加速器而出現。電子儲存環的發展，推動了同步輻射的廣泛應用。

圖2 磁環中的電子

同步輻射裝置的基本組成包括電子槍，電子直線加速器，儲存環和光束輸出系統。電子槍是產生被加速電子的電子源，主要由陽極，柵極和陽極組成，陰極的作用是發射電子，加熱陰極到一定溫度時，電子獲得足夠大的動能克服逸出功從陰極表面釋放，並被陰極和陽極之間的高電位差拉出並加速到合適的初速度，注入到加速器中。

電子直線加速器主要由加速管，微波功率系統，真空系統等組成，電子在加速管中被微波電場加速，獲得能量，真空系統保證了加速管處於高真空狀態，使電子在其中做加速運動而不損耗能量，離開直線加速器的電子速度已接近光速。

電子儲存環是儲存高速執行的電子束流的裝置，主要由磁鐵，高頻系統和真空系統組成。磁鐵系統用來彎轉和約束電子束，使電子走環形閉合軌道，高頻系統提供加速電場，電子在加速電場中獲得能量，電子束在儲存環中做迴旋運動的同時沿切線方向發出同步輻射。並被磁場控制方向引出，進入實驗站，用來研究物體的結構效能。

圖3 高速運動電子轉彎輻射電磁波

同步輻射光源主要特點是：同步輻射光的波長覆蓋面大，具有從遠紅外，可見光，紫外光直到X射線範圍內的連續光譜，並且可根據使用者的需要獲得特定波長的光。同步輻射光的發射集中在以電子執行方向為中心的一個很窄的圓錐內，張角非常小，幾乎是平行光束，堪輿鐳射媲美。同步輻射光源是一個高強度光源，有很高的輻射功率和功率密度。並有可控的偏振特性。同步輻射光源在X光波段，其亮度是普通X光機的上千億倍。同步輻射光源是脈衝光源，有好的脈衝時間結構，其寬度為幾十皮秒至幾十納秒之間可調，脈衝之間的間隔為幾十納秒至微秒量級，這種時間特性對研究化學反應過程，生命過程及材料結構變化過程和環境汙染微觀過程特別有用。同步輻射光 源的光子通量，角分佈和能譜均可精確計算，因此它可做為輻射計量（特別是真空紫外到X射線波段計量）的標準光源。

圖4“上海光源”是目前全球效能最好的第三代中能同步輻射光源之一

自由電子鐳射器是一種特別型別的新型鐳射器，工作物質為在空間週期變化磁場中高速運動的定向自由電子束，只要改變自由電子束的速度，就可產生可調諧的相干電磁輻射。

自由電子鐳射器，是一種利用自由電子的受激輻射，把相對論電子束的能量轉換成相干輻射的鐳射器件，1977年斯坦福大學制成第一臺自由電子鐳射振盪器。它由一根抽成高真空，長5，2米的銅管組成，外面繞有超導導線，以便在整個管上產生一個週期3，2釐米的變化的橫向靜磁場，軸上磁感應強度為0，24特斯拉，銅管兩端裝有反射鏡，組成諧振腔，一端反射鏡為全反射，光輸出面反射鏡反射率為1，5%,整個鐳射腔長12，7米，注入3，5兆電子伏的電子束由超導加速器產生。