自由电子激光为各个领域的发展提供了无与伦比的优越条件,目前,短波长(X射线)和高平均功率(THz,红外)已经成为国际自由电子激光领域的两个重要方向。随着先进激光技术和加速器技术的发展,低增益自由电子激光振荡器在短波长和高功率两个方向都表现出极大的潜力,成为自由电子激光研究的一个热点。本文基于低增益自由电子激光振荡器原理,研究了高功率THz自由电子激光和中等能量的X射线自由电子激光。　　 本文首先从理论上阐述了自由电子激光的原理以及低增益理论,从理论上给出了小信号增益自由电予激光的相关原理和计算方法,为后面做的太赫兹自由电子激光振荡器和X射线自由电子激光振荡器的设计提供理论支持以及为数据模拟的正确性提供保障,同时给出了自由电子激光的研究方法,理论与实践相结合。　　 其次基于ERL低增益自由电子激光振荡器,是实现高功率辐射的优越的方式。上海高功率太赫兹源基于ERL装置,旨在建立国际领先的、平均功率kW量级的准连续波源。本文完成了高功率太赫兹自由电子激光的振荡器的设计和优化,实现了长波波段的设计。通过理论分析和数值计算,给出了2～10THz和0.5～2THz两个FEL光学振荡器的物理设计,并提出了磁铁、准直和束测等基本硬件要求。　　 中等能量同步辐射光源的发展归因于波荡器的高次谐波的应用,高次谐波可取代高能电子柬作为一个产生短波射线供选择的方法。比起由基波产生硬x射线高能同步辐射光源,运行在高次谐波的中等能量的同步辐射光源所需的设备和运行费用更低并且能产生性能相当的10-20keV范围的硬X射线。随着高次谐波的深入研究和振荡器的发展,在低增益条件下实现X射线成为可能。在高次谐波(主要是3次和5次谐波)研究的基础上,创新性地提出了运行在高次谐波下的X射线FEL振荡器装置,将中能光源合理利用,既得到了短波长的硬X射线,也能在经济上节约整个装置的造价。