Kurzfassung
FLASH und der European XFEL sind Linearbeschleuniger betriebene SASE-FELs, die im gepulsten Modus mit langen Elektronenpaketzügen operieren. Der FEL-Betrieb im multi-Paket-Modus erfordert longitudinale und transversale Stabilität entlang des Paketzuges. Das Ziel dieser Arbeit ist es, die transversale Strahldynamik innerhalb eines Pulszuges für FLASH und XFEL zu untersuchen. Grundlegende Zusammenhänge zwischen dem Betrieb supraleitender hochfrequenz Resonatoren, deren Fehlaufstellung und die daraus folgende Variation der Strahltrajektorien innerhalb eines Paketzuges werden herausgearbeitet. Ein numerisches Modell wird entwickelt und für Simulationen verschiedener Beschleunigungssektionen von FLASH und XFEL verwendet. Da für den aktuellen Betrieb deutliche Trajektorienabweichungen erwartet werden müssen, werden Ansätze für deren Verminderung diskutiert. Die theoretischen Überlegungen werden mit experimentellen Ergebnissen von FLASH verglichen. Die gemessenen Trajektorienabweichungen während des Nutzerbetriebes mit langen Paketzügen werden analysiert und sowohl zu den ursächlichen Hochfrequenzschwanklungen als auch den resultierenden Einfluss auf den SASE Prozesses eines Pulszuges in Beziehung gesetzt. Darüber hinaus werden HOM-basierte Messungen der Fehlaufstellung von Resonatoren durchgeführt und die Möglichkeit, Fehlaufstellungen aus den Daten eines Paketzuges abzuleiten wird betrachtet.
FLASH and the European XFEL are linear accelerator driven SASE-FELs, operating in a pulsed mode with long bunch-trains. Multi-bunch FEL operation requires longitudinal and transverse stability within the bunch-train. The purpose of this work is to investigate the intra-bunch-train transverse dynamics at FLASH and XFEL. Key relationships of superconducting RF cavity operation, their misalignments and the resulting impact on the intra-bunch-train trajectory variation are described. In this thesis a numerical model is developed and simulations for different accelerating sections at FLASH and XFEL are performed. With the current operational setup significant intra-bunch-train trajectory variation must be considered, hence approaches for their reduction are discussed. The theoretical studies are compared to experimental results at FLASH. The observed trajectory variation during multi-bunch user runs is analyzed and related to causal intra-bunch-train variations of the RF and the following impact on the multi-bunch SASE performance. Furthermore, HOM-based cavity misalignment measurements are performed and the deduction of misalignments from multi-bunch data is considered.