Kurzfassung
Der Freie-Elektronen Laser (FEL) der TESLA Test Anlage (TTF2) erzeugt Laser-artige Strahlung im vakuum-ultravioletten (VUV) und weichen Röntgenspektrum. Um die minimale Wellenlänge von 6 nm erreichen zu können, müssen die Elektronenpulse eine Energie von 1GeV und einen Spitzenstrom von 2500A haben. Ihre normierte transversale Emittanz darf 2 mm mrad nicht überschreiten.
Der hohe Spitzenstrom wird erreicht, indem die Elektronenpulse in zwei Magnetschikanen longitudinal komprimiert werden. Die erste Schikane ist eine modifizerte Version des Bunch Compressor 2 (BC2), der bei TTF1 verwendet wurde. Die zweite Schikane ist eine neue Schikane und wird BC3 genannt. Da die Ladungsdichte sehr hoch ist, wenn die Elektronenpulse BC3 passieren, wird starke kohärente Synchrotronstrahlung (CSR) erzeugt und die transversale Emittanz wird vergrößert. In dieser Arbeit werden verschiedene Magnetschikanen analytisch und mit Hilfe von Computersimulationen verglichen, um eine
Anordnung der Ablenkmagnete zu finden, bei welcher die Emittanzvergrößerung möglichst gering ist. Es wird gezeigt, dass eine S-förmige Schikane aus sechs Dipolen die Anforderungen des VUV-FELs sehr gut erfüllt.
CSR führt nicht nur zu einer Vergrößerung der transversalen Emittanz, sondern auch zu einer Verstärkung kleiner Energie- und Ladungsdichtemodulationen. Die Abhängigkeit der Verstärkung von der Modulationswellenlänge wird für verschiedene Schikanen und Elektronenpulsparameter untersucht. Computersimulationen und die Ergebnisse eines theoretischen Modells werden verglichen. Es zeigt sich, dass Dichtemodulationen in BC3 um eine Größenordnung verstärkt werden können. Berücksichtigt man die Verstärkung in BC2 und BC3, so kann die gesamte Verstärkung zwei Größenordnungen erreichen.
The Free-Electron Laser (FEL) at the TESLA Test Facility (TTF2) produces laser-like radiation in the vacuum-ultraviolet (VUV) and soft X-ray regime. To reach the minimum radiation wavelength of 6nm, bunches of electrons with an energy of 1GeV, a peak current of 2500 A and a normalized transverse emittance of less than 2 mm mrad are needed.
The high peak current is achieved by compressing the electron bunches longitudinally in two magnetic chicanes. The first chicane is a modified version of bunch compressor 2 (BC2) which was used at TTF1. The second chicane is a new bunch compressor, the so called BC3. Since the charge density is very high when the bunches pass BC3, strong coherent synchrotron radiation (CSR) is emitted by the electrons and the transverse emittance of the bunch is diluted. Within this thesis different chicane layouts are compared analytically and by computer simulations to find a chicane layout which minimizes emittance dilution. A 6-bend S-shaped chicane is found to match the requirements of the VUV-FEL very well.
CSR will not only lead to a growth of the transverse emittance, but also to an amplification of small modulations in energy and charge density. The dependence of the amplification on the modulation wavelength is studied for different chicane layouts and various electron bunch parameters. Computer simulations and results obtained by a theoretical model are compared. It is shown that density modulations can be amplified in BC3 by up to one order of magnitude. When the amplification in BC2 and BC3 is taken into account, the total amplification factor might reach up to two orders of magnitude.