Der freie Spektralbereich kurz FSB (englisch: free spectral range, FSR) ist ein Begriff aus der Optik und Lasertechnik, der optische Geräte wie Resonatoren oder Fabry-Pérot-Interferometer charakterisiert. Er gibt den Frequenzabstand verschiedener vom Gerät unterstützter Moden oder Interferenzordnungen an.
Für einen Hohlraumresonator ist der freie Spektralbereich $ \Delta \nu _{\mathrm {FSB} } $ durch den Frequenzabstand der axialen (Gauss'schen) Resonatormoden gegeben. In einem Resonator der Länge $ L $ kann sich eine stehende Welle genau dann ausbilden, falls ein ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge $ \lambda $ in den Resonator passt:
Drückt man dies in Frequenzen aus, so erhält man den freien Spektralbereich $ \Delta \nu _{\mathrm {FSB} }={\frac {c}{2L}} $, wobei $ c $ die Lichtgeschwindigkeit ist. Wenn der Resonator mit einem dispersiven Medium gefüllt ist, dann muss $ c $ durch die Gruppengeschwindigkeit $ v_{\mathrm {g} } $ im Medium ersetzt werden.
Allgemeiner definiert man den freien Spektralbereich als die inverse Umlaufdauer (englisch: inverse round-trip time) eines optischen Impulses.
In einem Fabry-Pérot-Interferometer bezeichnet der freie Spektralbereich (bei einer gegebenen Wellenlänge $ \lambda $) die Wellenlängendifferenz $ \Delta \lambda $, bei der sich die Interferenzstreifen $ m+1 $-ter Ordnung bei der Wellenlänge $ \lambda $ und $ m $-ter Ordnung bei der Wellenlänge $ \lambda +\Delta \lambda $ überlagern. Durch Verkippen um den Winkel α kann man die Transmissionswellenlänge des Fabry-Pérot-Interferometer verändern. Für das so erhaltene Spektrometer gilt dann:
n: Brechungsindex des Mediums im Resonator.