"Experimentelle Untersuchung der Abhängigkeit der Qualität der Elektronenpakete von den Eigenschaften der Photokatodenlaserpulse in einer HF - Photoelektronenquelle"

"Experimental Investigations on the Influence of the Photocathode Laser Pulse Parameters on the Electron Bunch Quality in an RF - Photoelectron Source"

Kurzfassung

Freie Elektronen Laser die nach dem SASE Prinzip arbeiten, wie der European XFEL, benötigen Elektronenpakete mit Spitzenstromstärken von mehreren Kiloampere und geringer transversaler Emittanz. Während die hohen Spitzenströme durch longitudinale Komprimierung der Elektronenpakete erreicht werden kann, muss die transversale Emittanz bereits an der Elektronenquelle Werte von weniger als 1 mm mrad aufweisen. Die Entwicklung von Elektronenquellen, welche diese Spezifikationen erfüllen, ist die Aufgabe des Photoinjektor Teststandes bei DESY in Zeuthen (PITZ).

Kern eines Photoinjektors ist die Elektronenkanone in welcher die Elektronenpakete erzeugt werden und die erste Beschleunigung stattfindet. Die Extraktion der Elektronen von der Katode erfolgt mittels des äußeren lichtelektrischen Effekts, wofür ein Lasersystem benötigt wird, welches speziellen Anforderungen genügen muss. Im ersten Teil dieser Arbeit wird untersucht, ob das Lasersystem und die Laserstrahlführung diese Spezifikationen erfüllen. Im zweiten Teil der Arbeit wird anhand von Simulationen und Experimenten untersucht, welchen Einfluß die zeitlichen und räumlichen Eigenschaften der Laserpulse auf die Qualität der damit erzeugten Elektronenpakete haben. Diese Einflussnahme ist möglich, da die Reaktionszeit der Cs2Te-Katode klein ist im Vergleich zur Dauer der Laserpulse. Davon ausgehend werden Verbesserungsvorschläge und Toleranzen definiert.

Titel

Kurzfassung

Summary

Free Electron Lasers based on the SASE principle like the European XFEL require electron bunches having peak currents of several kiloamperes as well as very low transverse emittance. While high peak currents can be generated using longitudinal bunch compression techniques, the transverse emittance must have values as low as 1 mm mrad already at the source. The development of electron sources fulfilling these demanding specifications is the goal of the Photo Injector Test Facility (PITZ) in DESY, Zeuthen site.

The key component of a photoinjector is the electron gun cavity where the electrons bunches are generated and immediately accelerated. The extraction of the electrons is based on the photoelectric effect of the cathode which requires a laser system having special capabilities. In the first part of the thesis, measurements are presented which were performed to investigate whether the laser and the laser transport system fulfill these requirements. The second part of the thesis is dedicated to simulations as well as experimental studies on the impact of the temporal and spatial parameters of the laser pulses on the electron bunch quality. This influence is possible because the response time of the Cs2Te photocathode is short compared to the laser pulse duration. Based on these investigations, suggestions for improvements are given and tolerances for the laser pulse properties are defined.