Optimierung und Charakterisierung des Free Electron Lasers am Speicherring DELTA

Abstract

Free Electron Laser erzeugen hochbrillante, ultrakurze Laserpulse variabler Wellenlänge und kombinieren somit die Vorteile von Synchrotronstrahlung und Laser.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde der FEL-Oszillator am Speicherring DELTA hinsichtlich Geschwindigkeit und Reproduzierbarkeit der gesamten Justageprozedur optimiert, um einen stabilen FEL-Betrieb für beschleunigerphysikalische Experimente zu etablieren. Damit war erstmalig die Messung und Untersuchung der Zusammenhänge zwischen Gain, Ausgangsleistung und Pulsstruktur des Lasers, und des Strahlstroms, der Energiebreite und der longitudinalen Dynamik des Elektronenstrahls bei DELTA möglich.

Zu diesem Zweck wurden neue Spiegelkammern und Spiegelsteuerungen für den optischen Resonator konstruiert. Der FEL konnte erfolgreich wieder in Betrieb genommen werden, so dass im zweiten Teil dieser Arbeit eine weitreichende Charakterisierung der erzeugten Laserstrahlung im sichtbaren Bereich erfolgte. Lasing wurde mit unterschiedlichen Füllstrukturen im Speicherring und unterschiedlichen Laserpulsstrukturen erzielt. Mithilfe des optischen Klystrons wurde die Energiebreite des Elektronenstrahls direkt, unabhängig von der Bunchlänge gemessen. Der Gain und die Leistung des FELs wurden gemessen und mit den theoretischen Modellen, insbesondere dem Low-Gain-Modell und dem Renieri-Limit, verglichen. Hierdurch konnte gezeigt werden, dass das Einsetzen des FEL-Prozesses eine dämpfende Wirkung auf die Energiebreite des Elektronenstrahls hat; die turbulente Bunchverlängerung wird ganz oder zum Teil außer Kraft gesetzt.