Sovol

使用说明

单位

程序中所采用的是归一化的相对单位，即：

• 电荷单位：e
• 速度单位：c
• 质量单位：m_e

根据上面的归一化可以导出：

• 能量单位：{m_e}c^2
• 动量单位：{m_e}c

上面所做的归一化等价于令所有公式中的e = c = m_e = 1.
如果选取一个参考频率ω，还可以做如下的归一化：

• 时间单位：1/ω
• 长度单位：c/ω
• 电场强度单位：{m_e}cω/e
• 磁感应强度单位：{m_e}ω/e
• 电流密度单位：{m_e}ω^2/{μ_0}ce
• 电流强度单位：{m_e}c/{μ_0}e

注意这个ω是可以自由选取的，你可以将模拟结果解释到任意尺度。对于激光这个参考频率可以选择为激光的ω，这样就相当于令ω = k = 1，不过要注意这种解释下波长为2π，激光周期也为2π.

这种归一化好处是可以减少公式的计算量，并且不用考虑SI单位制与高斯单位制的区别。

编译运行步骤

CLI版本

1. 安装autotools工具（autoconf、automake、autoconf-archive等）
2. 编译并安装HDF5
3. 将本仓库下载或克隆到本地git clone https://github.com/touuki/sovol
4. 进入项目文件夹中运行下列命令生成Makefile

aclocal
autoconf
automake --add-missing
./configure

5. 运行make命令进行编译
6. 使用编译生成的可执行文件进行模拟./sovol-cli <your-input.lua> <parameters-to-lua>...

WASM版本

TODO

参数设置

参考频率 reference_frequency

　当使用到辐射相关Algorithm时需要。

控制参数 control

• total_particle_number (Integer; >0; default: 1)
  　模拟粒子总数
• time_step (Float; >0)
  　时间步长
• data_start_time (Float; >=0; default: 0)
  　开始输出数据时刻
• data_end_time (Float; >0)
  　结束时刻
• data_interval (Integer)
  　每隔多少个时间步长输出一次数据。如果值小于等于0，则只输出data_start_time及data_end_time两个时刻的数据
• parallel_workers (Integer; >0; default: 1; only for CLI)
  　并行模拟线程数
• table_dirname (String; only for CLI)
  　数值表所在目录
• output_filename (String; default result-p${pid}.h5; only for CLI)
  　数据储存H5文件名
• output_items (String Array; default: all available items; only for CLI)
  　需要储存的数据项，可用项有：x, y, z, px, py, pz, sx, sy, sz, Ex, Ey, Ez, Bx, By, Bz, optical_depth
• data_per_frame (Integer; >0; only for WASM)
  　多少个数据刷新一帧
• frames_per_second (Integer; >0; only for WASM)
  　每秒多少帧

电磁场 field

• name (String)
  　Field类名，见可用类-Field
• 其他类属性

粒子生产器 particle_producer

• particle (Particle)
  　基础粒子
  • type (Integer; 0 or 1; default: 0)
    　0为普通粒子；1为电子，可处理辐射、自旋等
  • mass (Float; >0; only for type==0)
    　粒子质量
  • charge (Float; only for type==0)
    　粒子电量
  • position (Float Array[3]; default: [0,0,0])
    　粒子位置
  • momentum (Float Array[3]; default: [0,0,0])
    　粒子动量
  • polarization (Float Array[3]; length<=1; default: [0,0,0])
    　粒子极化度
• shifters (ParticleShifter Array)
  　粒子变换器，按顺序依次作用在基础粒子上
  • name (String)
    　ParticleShifter类名，见可用类-ParticleShifter
  • 其他类属性

相互作用算法 algorithm

• name (String)
  　Algorithm类名，见可用类-Algorithm
• 其他类属性

可用类

Field

CustomField

　自定义函数的电磁场
CLI版本：

• global_function_name (String)
  　自定义电磁场的Lua全局函数名。其接收参数为x, y, z, t，返回值结构为{E={Ex,Ey,Ez},B={Bx,By,Bz}}

WASM版本：

• func (Function)
  　自定义电磁场函数。其接收参数为x, y, z, t，返回值结构为{E:[Ex,Ey,Ez],B:[Bx,By,Bz]}

LaguerreGaussianPulseField

　拉盖尔高斯型激光脉冲的电磁场，激光轴线为z轴，沿z轴正向传播，腰为z=0平面

• a0 (Float; >0)
  　激光强度归一化参数。对于具有相同a0、w0和tau的不同模式及偏振的激光，它们具有相同的能量，对于基态（l=0, p=0）线偏振（polar=0 or ±1）模式这代表着腰处的矢势强度
• tau (Float; >0)
  　激光脉冲长度。激光能量的时域半高全宽，时域为sech型包络
• w0 (Float; >0)
  　激光腰半径。对于基态模式（l=0, p=0）激光在腰半径处的场强降为中心处的1/e
• polar (Float; abs<=1; default: 0)
  　激光偏振模式。0为电场沿x轴方向的线偏振，±1为电场沿y轴方向的线偏振，√2/2为右旋圆偏振（面向激光观察），-√2/2为左旋圆偏振
• delay (Float; default: 0)
  　激光脉冲延迟。为0则当模拟开始时（t=0）激光脉冲的时域中心（峰值）位于激光的腰上（z=0），<0则在模拟开始时处于发散状态（z>0），>0在模拟开始时处于汇聚状态（z<0）
• p (Integer; >=0; default: 0)
  　拉盖尔高斯模式径向系数。具体参见维基词条Gaussian beam
• l (Integer; default: 0)
  　拉盖尔高斯模式周向系数。具体参见维基词条Gaussian beam
• iphase (Float; default: 0)
  　模拟开始时刻（t=0）的激光相位，主要用以调解少周期激光的载波包络相位。为0时对应模拟开始时刻腰处（z=0）的相位为Ey
• k (Float; >0; default: 1)
  　激光波数。为1时对应激光波长及周期为2π
• h (Float; >0; default: 0.1)
  　高阶模式（p>0）用以计算纵向电磁场的差分步长，以激光波长为单位

FieldWithShifters

　在某一Field类上施加变换从而获得新的电磁场

• field (Field)
  　基础电磁场
  • name (String)
    　Field类名，见可用类-Field
  • 其他类属性
• shifters (FieldShifter Array)
  　电磁场变换器，按顺序依次作用在基础电磁场上
  • name (String)
    　FieldShifter类名，见可用类-FieldShifter
  • 其他类属性

FieldCombiner

　将多个Field类结合

• fields (Field Array)
  　基础电磁场
  • name (String)
    　Field类名，见可用类-Field
  • 其他类属性

FieldShifter

FieldTranslator

　将电磁场进行平移操作

• displacement (Float Array[3])
  　位移量

FieldRotator

　将电磁场绕某一点旋转

• center (Float Array[3]; default: [0,0,0])
  　旋转中心
• rotator (Rotator)
  　旋转器
  • name (String)
    　Rotator类名，见可用类-Rotator
  • 其他类属性

ParticleShifter

CustomParticleShifter

　自定义粒子变换器
CLI版本：

• global_function_name (String)
  　自定义粒子变换器的Lua全局函数名。其接收参数为一个包含属性type, mass, charge, position, momentum 及 polarization的粒子结构，返回值结构需包含变换后的position, momentum 及 polarization属性

WASM版本：

• func (Function)
  　自定义粒子变换器函数。其接收参数为一个包含属性type, mass, charge, position, momentum, polarization的粒子结构，返回值结构需包含变换后的position, momentum 及 polarization属性

ParticleTranslator

将粒子进行平移

• displacement (Float Array[3])
  　位移量

ParticleRotator

　将粒子绕某一点旋转

• center (Float Array[3]; default: [0,0,0])
  　旋转中心
• rotator (Rotator)
  　旋转器
  • name (String)
    　Rotator类名，见可用类-Rotator
  • 其他类属性
• affect_position (Boolean; default: true)
  　是否应用于粒子位置
• affect_momentum (Boolean; default: true)
  　是否应用于粒子动量
• affect_polarization (Boolean; default: true)
  　是否应用于粒子极化

Rotator

IntrinsicRotator

　内在旋转旋转器。依次进行yaw、pitch及roll旋转操作

• alpha (Float; default: 0)
  　yaw旋转角度
• beta (Float; default: 0)
  　pitch旋转角度
• gamma (Float; default: 0)
  　roll旋转角度

ExtrinsicRotator

　外在旋转旋转器。依次绕x轴、y轴和z轴进行旋转

• alpha (Float; default: 0)
  　绕x轴旋转角度
• beta (Float; default: 0)
  　绕y轴旋转角度
• gamma (Float; default: 0)
  　绕z轴旋转角度

Algorithm

NoneAlgorithm

　对粒子无效果，可用于诊断电磁场等

RungeKuttaAlgorithm

　RK4算法，只适用于普通带电粒子在电磁场中的运动过程，无法处理电子自旋进动等

LeapfrogAlgorithm

　蛙跳算法，可处理电子经典自旋演化效应

ModifiedAMMLeapfrogAlgorithm

　修正了反常磁矩的蛙跳算法，通过数值表对不同电子参量下的反常磁矩进行了修正，需要设置全局reference_frequency

MonteCarloRadiativePolarizationAlgorithm

　蒙特卡罗辐射极化算法，通过蒙特卡罗方法辐射光子，并且计算辐射对电子的反作用以及极化度影响，需要设置全局reference_frequency

• base_algorithm (Algorithm)
  　基础算法，用以处理粒子基础运动过程
  • name (String)
    　Algorithm类名，见可用类-Algorithm
  • 其他类属性
• min_chi_e (Float; >=0; default: 0)
  　产生效应的最低电子参量，若低于此值则直接跳过算法
• disable_reaction (Boolean; default: false)
  　是否禁用辐射对电子动量反作用
• disable_spin_effect (Boolean; default: false)
  　是否禁止辐射对电子自旋极化产生影响

ContinuousRadiativePolarizationAlgorithm

　连续辐射极化算法，通过半经典的考虑辐射对电子的累积效应，计算辐射对电子的反作用以及极化度影响，需要设置全局reference_frequency

• base_algorithm (Algorithm)
  　基础算法，用以处理粒子基础运动过程
  • name (String)
    　Algorithm类名，见可用类-Algorithm
  • 其他类属性
• min_chi_e (Float; >=0; default: 0)
  　产生效应的最低电子参量，若低于此值则直接跳过算法
• disable_reaction (Boolean; default: false)
  　是否禁用辐射对电子动量反作用
• disable_spin_effect (Boolean; default: false)
  　是否禁止辐射对电子自旋极化产生影响