הקרינה האלקטרומגנטית נוצרת בלייזר אלקטרונים חופשיים כתוצאה מאינטראקציה בין 3 גורמים:
- אלומת (קרן) האלקטרונים, הנעה במהירויות הקרובות למהירות האור.
- קרינה אלקטרומגנטית הנעה באותו כיוון כמו האלקטרונים.
- שדה מגנטי המשתנה בצורה מחזורית (Undulatory). שדה זה נוצר בדרך כלל מסדרה של מגנטים הנקראת Wiggler או Undulator.
האלקטרונים המואצים יכולים להעביר חלק מהאנרגיה הקינטית שלהם לשדה המתנודד של הקרינה האלקטרומגנטית, כאשר כיוון תנועתם הוא בכיוון השדה החשמלי המתנודד.
ניזכר בעובדה שקרינה אלקטרומגנטית היא גל רוחב, והשדה החשמלי מתנודד בכיוון מאונך לכיוון התקדמות הקרינה.
מכאן שהקרינה האלקטרומגנטית בלייזר אלקטרונים חופשיים חייבת להיות מקוטבת במישור התנודה של האלקטרונים, שהוא מישור המאונך לכיוון השדה המגנטי המחזורי במרחב.
חייבים להתאים את מהירות התקדמות האלקטרונים לאורך המחזור של השדה המגנטי. זאת מכיוון שכיוון השדה החשמלי של הקרינה מתנודד בין ערכים חיוביים ושליליים, ובמקביל משתנה הכיוון הרוחבי של תנועת האלקטרונים על פי המחזוריות של השדה המגנטי.
כדי להבין זאת יש להביא בחשבון את כוח לורנץ המתאר את הכוח הפועל על חלקיק טעון הנע בשדה מגנטי.
מכיוון שהשדה המגנטי מאונך לכיוון תנועת האלקטרונים, גורם השדה המגנטי לשינוי כיוון התנועה של האלקטרונים בכיוון שהוא מאונך לשדה וגם מאונך לכיוון תנועת האלקטרון.
מכיוון שהשדה המגנטי משתנה במחזוריות במרחב, הוא גורם לשינוי מחזורי של כיוון תנועת האלקטרונים, כפי שמתואר באיור 6.37.
השדה המגנטי של ה- Wiggler פועל על האלקטרונים באופן שהם נעים במסלול לולייני(Curvilinear Trajectory) ומאבדים אנרגיה לקרינה האלקטרומגנטית.
אורך הגל של הקרינה האלקטרומגנטית הנפלטת מלייזר אלקטרונים חופשיים תלוי במחזור השדה המגנטי של ה- Wiggler ובאנרגיה של אלומת האלקטרונים.
