Kurzfassung
Ziel des Photoinjector Teststandes am DESY, Standort Zeuthen, (PITZ) ist die Optimierung von Elektronenquellen für SASE-FELs. Dafür müssen die Merkmale des sechs dimensionalen Phasenraums des vom Photoinjektor erzeugten Elektronenstrahls untersucht werden. Die vorliegende Dissertation konzentriert sich auf die Analyse der longitudinalen Eigenschaften der Elektronenpakete, das heisst sowohl die zeitliche Ladungsverteilung als auch die Impulsverteilung sowie die Korrelation beider. Die Elektronenverteilung im longitudinalen Phasenraum des Photoinjektors wurde zunächst am bestehenden System erstmals vollständig bei einem Impuls von 5 MeV/c gemessen. Dieses System war für einen Beschleunigungsgradienten von 40 MV/m entworfen worden. Die Subkomponenten des Messsystems wurden untersucht, um Quellen für Unsicherheiten zu verstehen. Ein höherer Beschleunigungsgradient in der Kavität (60 MV/m, der einen Strahlimpuls von etwa 6.8 MeV/c ergibt) erfordert umfassende Modifikationen am bestehenden System zur Messung der Elektronenverteilung im longitudinalen Phasenraum. Ein Ausbau der Anlage mit einer zusätzlichen Beschleunigungskavität machte den Entwurf von weiteren longitudinalen Messsystemen für die Analyse der Strahleigenschaften bei höheren Impulsen (bis zu 40 MeV/c) notwendig. Messungen der longitudinalen Strahleigenschaften zur Bestimmung des Einflusses verschiedener Eingangsparameter, wie die Lage der HF-Startphase, die Ladung, die Beschleunigungsspannung und des Laserprofils wurden durchgeführt und mit Simulationen verglichen.
The Photoinjector Test facility at DESY, Zeuthen site, (PITZ) is aiming for the optimization of electron guns for SASE-FELs. For this it is necessary to investigate the characteristics of the six dimensional phase space of the bunch produced by a photoinjector. This thesis is focused on the analysis of the longitudinal properties of the electron bunch distribution, this means the temporal current distribution and the momentum distribution as well as the correlation of both properties. The complete distribution of the electron bunch in longitudinal phase space of a photoinjector was measured directly for the first time at a beam momentum of about 5 MeV/c, using an existing apparatus. This system had been designed for an accelerating gradient of 40 MV/m. Its subcomponents were analysed to understand sources of uncertainties of the measurement system. The usage of higher accelerating gradients in the gun (60 MV/m, resulting in a beam momentum of about 6.8 MeV/c) demands major modifications of the existing measurement system for the longitudinal phase space distribution. An upgrade of the facility by an additional accelerating cavity required the design of further longitudinal diagnostics systems for the analysis at higher momenta (up to 40 MeV/c). Measurements of the longitudinal beam properties to determine the influence of different operation parameters, like RF launch phase, charge, accelerating field gradient and laser distribution were performed and compared to simulations.