X射線激光光源是受激輻射式光頻放大器(激光)可產生相干、共線、強度極高的單色光。在X射線至紫外光波長范圍內的激光由于用途廣泛，目前研究、發展迅速。

       原子中處于基態的電子在吸收波長為λ的光子能量后，將躍遷到一能級較高的軌道。通常受激電子會立即自發地返回到基態，并輻射出波長相同的光子。但也會出現電子落人中間態(亞穩態)的情況，在此中間態，電子自發躍遷到基態的概率很小，從而使得這些電子陷落于此中間態中。波長為λ的激發輻射不斷將電子提升到這種亞穩態，并將最終導致總體逆轉，出現處于亞穩態的電子多于基態電子的現象。每個原子中僅有一個特定電子經受這種轉換。

 X射線激光光源發射光譜

       在一定條件下，處于亞穩態的電子會向基態躍遷，并輻射出能量，其對應的波長為λ。(1,<入)。這一轉換可以由波長為λ。的  輻射受激產生。該輻射不能被吸收。當一個亞穩態原子回復基態，其輻射能量將立郎激發其他亞穩態原子衰變，產生波長為λ。的強輻射。此即我們所想要得到的能量輻射-激光。

       產生X射線激光的困難主要有兩點:一是隨著從亞穩態到基態能量間隔的增加，相應的狀態壽命減少，從而很難保持其總體逆轉性能;二是很難實現激光X射線的反射。

       軟X射線激光處于4~40nm范圍，在光譜學領域的應用較少。但現階段的技術已可以將用作原始激發源的激光脈沖能量的大約百分之幾轉換成非相干X射線。將可利用的光譜范圍從軟X射線擴展到硬X射線，應用于X射線衍射和吸收光譜。

       利用超短脈沖激光和高次諧波發生器是發展實驗室型相干X射線源的途徑之一，目前可以達到2.3~4.4nm的波長范圍。由激光等離子體也可以產生硬X射線，例如Si、Ti、Cu的特征X射線等。因此我們期待X射線激光能在不遠的將來取得顯著進展，以期在X射線光譜領域獲得較大應用，較大程度地改善XRF的檢出限和靈敏度。