基于MATLAB的自由电子激光SASE模拟系统

资 源 简 介

本项目实现一维SASE理论下的自由电子激光数值模拟，通过求解耦合Maxwell-Vlasov方程组完整复现电子束与辐射场的相互作用过程，为FEL物理研究提供高效计算工具。

详 情 说 明

基于一维SASE理论的自由电子激光数值模拟系统

项目介绍

本项目实现了一个基于一维自放大自发辐射（SASE）理论的自由电子激光（FEL）数值模拟系统。系统通过自洽求解耦合的Maxwell-Vlasov方程组，完整模拟电子束与辐射场在波荡器中的相互作用过程，能够准确再现SASE-FEL的物理特性，包括辐射场增长、饱和机制以及频谱演化等关键现象。

功能特性

• 物理过程模拟：实现一维SASE模式下自由电子激光的完整物理过程模拟
• 自洽求解算法：采用粒子-场自洽求解算法（PIC方法）求解耦合的Maxwell-Vlasov方程组
• 电子束动力学：模拟电子束在波荡器中的运动轨迹和能量交换过程
• 辐射场分析：分析辐射场的增长过程、频谱特性和饱和机制
• 可视化输出：提供电子束相空间演化、辐射功率增长曲线和光谱分布的可视化

使用方法

输入参数配置

1. 电子束参数：设置束流能量（MeV）、电流强度（A）、发射度（mm·mrad）、能散度
2. 波荡器参数：配置周期长度（cm）、磁场强度（T）、总长度（m）
3. 辐射场参数：定义初始辐射波长（nm）、种子激光功率（可选）
4. 模拟参数：设定空间网格尺寸、时间步长、粒子数量、模拟步数

运行模拟

执行主程序启动模拟计算，系统将自动完成物理过程求解和数据分析。

结果输出

模拟完成后生成以下结果：

• 辐射功率随传播距离的增长曲线（包含线性增长区和饱和区）
• 辐射场频谱分布（包含SASE特征带宽）
• 电子束相空间演化动画（位置-动量分布）
• 辐射场横向分布和纵向包络
• 饱和功率值、增益长度、相干长度等关键性能参数

系统要求

• MATLAB R2018a或更高版本
• 至少8GB内存（推荐16GB以上）
• 支持科学计算的处理器
• 足够的磁盘空间存储模拟数据

文件说明

主程序文件整合了系统的核心功能，包括物理参数初始化、电子束相空间分布设置、波荡器磁场配置、自洽求解算法实现、辐射场演化计算以及结果可视化模块。该文件通过协调各物理模块的协同工作，完成了从电子束注入到辐射场饱和的完整模拟流程，并输出关键物理量的分析结果。