Im Rahmen diese Doktorarbeitwurden an dem Freien Elektronen Laser FLASH, in Hamburg, zwei unterschiedliche Techniken yur Vermessung der transversalen Elektronstrahlposition in magnetischen Schikanen mit einer Auflösung von 5 um über einen 10 cm Meßbereich, entwickelt. Eine diese Technik basiert auf der Bestimmung der Ankunftsyeiten zweier kurzer elektrischer Signale, welche beim passieren des Elektronenstrahls an einer Hochfrequenyantenne erzeugt werden, mittes Hochfrequenzelektronik. Die zweite Technik verwendet kurye Laserpulse, die zur Hochfrequenz des Beschleunigers synchroniziert sind, um die Ankunftszeiten der elektrischen Antennensignale mit hoher Präzision zu ermittelt. Die Vor- und Nachteile dieser beiden Methoden werden in dieser Arbeit theoretisch und experimentell untersucht und vergleichen mit anderen Methoden, wie zum Beispiel, der Detektion der Flugyeitdifferenzen des Elektronenstrahls durch die magnetische Schikaneoder der Positionsbestimmung der Elektronenpakete durch optische Synchrotronstrahlung.
Die Messung der transversalen Elektronenstrahlposition in einer magnetischen Schikane ist ein direktes Maß für die Elektronenstrahlenergie und kann fuer schnelles Regelelungssystem zur Stabilisierung der Beschleunigungsgradienten genutzt werden. Durch die Stabilisierung der Beschleunigungsgradienten kann eine Stabilizierung der Ankunftszeit des Elektronenstrahls relative zur Synchronizationsrefereny der Anlage erzielt werden. Dies verbessert entscheidend Experimente die auf das seeden oder manipulieren des Elektronenstrahls durch externe Laserstrahlen angewiesen sind.
Within this thesis, work was carried out in and around the first bunch compressor chican of the FLASH (Free-electron LASer in Hamburg) linear accelerator in whcih two distinct systems were developed for themeasurement of an electron beam´s position with sub-5 um precision over a 10 cm range. One of these two systems utilized RF techniques to measure the difference between the arrival times of two broadband electrical pulses generated by the passage of the electron beam adjacent to a pickup antenna. The other system measured the arrival times of the pulses from the pickup with an optical technique dependent on the delivery of laser pulses which are synchronized to the RF reference of the machine. The relative advantages and disadvantages of these two two techniques are explored and compared to other available approaches to measure the same beam propertz, including a time-of-flight measurement with two beam arrival-time monitors and a synchrotron light monitor.
The electron beam position measurement is required as part of a measurement of the electron beam energz and could be used in an intra-bunch-train beam-based feedback system that would stabilize the amplitude of the accelerator RF. By stabilizing the accelerator RF, the arrival-time of the beamafter the chicane can be made more stable. By stabilizing the electron beam arrival-time relative to a stable reference, diagnostic, seeding, and beam-manipulation lasers can be synchronized to the beam.