MATLAB实现的自由电子激光SASE模拟系统

资 源 简 介

本项目基于一维SASE理论，通过MATLAB模拟自由电子激光的完整辐射过程，包括电子束运动轨迹模拟、FEL耦合方程求解及场放大分析。适用于物理研究和教学演示。

详 情 说 明

FEL-SASE 一维模拟系统

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）完整过程数值模拟系统。该系统通过求解FEL基本耦合方程，能够精确模拟电子束在波荡器中的动力学行为、辐射场的产生与放大机制，以及SASE过程的非线性演化特性。本工具为FEL物理研究、装置设计和性能优化提供可靠的数值分析平台。

功能特性

• 完整的物理过程模拟：实现从自发辐射启动到饱和放大的全过程一维SASE模拟
• 精确的数值算法：采用有限差分法求解FEL耦合方程，结合粒子跟踪算法模拟电子束动力学
• 全面的参数分析：支持电子束、波荡器和辐射场多种参数配置
• 丰富的可视化输出：提供功率演化、频谱特性、相空间演化等关键物理量的图形显示
• 性能参数提取：自动计算增益长度、饱和功率等FEL关键性能指标

使用方法

1. 参数设置：根据需要修改输入参数部分，包括：

- 电子束参数（能量、电流、能散度等） - 波荡器参数（周期长度、周期数、K参数等） - 辐射场参数（波长范围、采样点数等） - 模拟控制参数（空间步长、时间步长等）

1. 运行模拟：执行主程序启动模拟计算，系统将自动完成：

- 电子束初始化和波荡器场配置 - FEL耦合方程数值求解 - 物理过程演化跟踪和数据记录

1. 结果分析：查看生成的各类输出结果：

- 辐射功率沿波荡器的增长曲线 - 输出辐射的频谱分布特性 - 电子束相空间演化动态显示 - 辐射场时空分布图谱 - 相干性演变定量分析

系统要求

• 操作系统：Windows/Linux/macOS
• 软件环境：MATLAB R2018b或更高版本
• 硬件配置：推荐8GB以上内存，多核处理器以获得更佳计算性能
• 依赖工具包：需要MATLAB基本安装及信号处理工具箱（用于FFT分析）

文件说明

主程序文件集成了整个模拟系统的核心功能，主要包括：电子束参数初始化与相空间分布生成、波荡器磁场模型建立、FEL耦合方程数值求解器实现、辐射场演化跟踪与功率计算、频谱分析模块、相空间动力学可视化生成以及关键性能参数（增益长度、饱和点等）的自动提取与分析。