Pada April 2009, laser elektron bebas sinar-X (XFEL) keras pertama di dunia menghasilkan cahaya pertama di Laboratorium Akselerator Nasional SLAC dari Departemen Energi AS.Linac Coherent Light Source (LCLS) menghasilkan pulsa sinar-X yang satu miliar kali lebih terang daripada sumber cahaya sebelumnya.Sejak itu, kinerjanya telah membawa wawasan baru di banyak bidang ilmiah, mulai dari menciptakan "film molekuler" kimia hingga mempelajari struktur dan pergerakan protein dari generasi baru obat-obatan dan mensimulasikan "hujan berlian" di planet raksasa tata surya kita .".
Laboratorium Akselerator Nasional SLAC meluncurkan proyek LCLS-II pada tahun 2013 untuk meningkatkan kekuatan laser sinar-X ribuan kali lipat dan menghasilkan satu juta pulsa per detik.Saat ini, hanya 120 pulsa yang dapat dihasilkan per detik.Peningkatan proyek diharapkan selesai dalam dua tahun.
Prinsip kerja laser elektron bebas sinar-X keras dibagi menjadi dua langkah.Pertama, ia mempercepat pancaran elektron kuat hingga mendekati kecepatan cahaya.Berkas tersebut kemudian dilewatkan melalui serangkaian magnet yang disetel dengan tepat dalam perangkat yang disebut goyah, yang mengubah energi elektron menjadi gelombang sinar-X yang intens.
Panjang pulsa ini hanya sepersejuta detik, sehingga dapat menangkap kelahiran ikatan kimia dan menghasilkan gambar dengan resolusi atom.Proyek LCLS-II berencana untuk menginstal akselerator baru untuk laboratorium yang dapat menggunakan teknologi superkonduktor kriogenik untuk mencapai tingkat pengulangan yang belum pernah terjadi sebelumnya, dan menginstal goyangan baru yang secara tepat dapat mengontrol berkas sinar-X.
Dalam satu setengah tahun terakhir, pulsator LCLS asli di laboratorium diganti dengan dua sistem baru dengan fungsi baru.Setiap perangkat gelombang berisi ribuan magnet yang memanjang lebih dari 100 meter;medan magnet yang mereka hasilkan bersama puluhan ribu kali lebih kuat dari medan magnet bumi, dan gaya yang dihasilkan setara dengan beberapa ton berat.Pada saat yang sama, struktur magnet tidak akan memuntir lebih dari seperseratus lebar arambut manusia.
Perangkat gelombang baru ini dirancang oleh Laboratorium Nasional Argonne di Amerika Serikat dan dibangun oleh Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley, dan dipasang di Laboratorium Akselerator Nasional SLAC pada tahun lalu.Ilmuwan di SLAC Accelerator Laboratory mampu memandu berkas elektron akselerator LCLS yang ada melalui array magnet di undulator "hard X-ray" yang baru.Hanya dalam beberapa jam, mereka menghasilkan sinyal sinar-X pertama dan kemudian secara tepat menyesuaikan konfigurasi untuk memaksimalkan kinerja laser sinar-X.
Henrik von der Lippe, direktur teknik di Berkeley Laboratories, mengatakan: "Pembangkitan cahaya pertama adalah tonggak sejarah yang telah lama ditunggu. Fasilitas ilmiah ini akan memungkinkan penelitian ilmiah baru."