Kurzfassung
Im Verlaufe dieser Arbeit wird eine ausführliche Untersuchung von THz Strahlung, die
mittels eines freie Elektronenlasers erzeugt wird, durchgeführt. Dabei wird zunächst ein
Modell zur Strahlungssimulation, basierend auf dem SRW Paket, erarbeitet. Dieses wird
genutzt um ein Modell der THz Beamline am freie Eletronenlaser Hamburg Flash abzubilden.
Dabei lässt sich Strahlung aus einem einzelnen Elektron berechnen, welches sich
durch die magnetische Struktur des Beschleuningers bewegt. Das erarbeitete Modell erlaubt
eine Abschätzung über das komplexe Strahlprofil der THz Strahlung und kann des weiteren
genutzt werden, um den Transport der Strahlung durch die Beamline bis in ein dahinter
liegendes Experiment mit hoher Präzision zu simulieren. Nach experimenteller Bestätigung
der berechneten Strahlgröße wird das Modell zur Entwicklung einer THz Quelle und einer
dazugehörigen Strahlführung für die zweite Elektronenstrahlführung, FLASH2, entwickelt.
Dabei wird ein helikaler Undulator mit wenigen Perioden vorgestellt und ein Strahltransport
mit hoher Transmission, die sich jeweils in die räumlichen Beschränkungen einfügen, erarbeitet.
Im zweiten Teil der Arbeit wird eine System zur THz Pulscharackterisierung entwickelt
aufgebaut und ausführlich getestet. Das System erlaubt die Messung des elektrischen
Feldes der THz Pulse die Nutzern der THz Beamline zur Verfügung stehen. Dabei ist eine
Messung mit Femtosekundengenauigkeit über einen Spektralbereich von 0:1 bis 7:5 THz
möglich. Durch das photoneneffiziente Design und die gute Skalierbarkeit der Detektion
kann das entwickelte System an anderen Beschleunigern mit THz Quellen verwendet werden
um präzise Informationen über die treibenden Kräfte in THz angeregten Experimenten
zu erhalten. Abschließend werden die experimentellen Möglichkeiten des entwickelten Systems
anhand eines Modellexperiments aufgezeigt. Dabei wird das Übergangsmetalloxid
Strontiumtitanate im Bezug auf ultraschnelle Phasenwechsel untersucht. Basierend auf den
gewonnen Resultaten wird ein möglicher Phasenübergangsprozess beschrieben und anhand
verschiedener Messparameter diskutiert.
Within this work a wholesome approach to the characterization of FEL based THz radiation is made on the example of the THz radiation provided at the THz beamline at Flash the free electron laser at DESY in Hamburg. A SRW based model of the THz generation from a free electron and the corresponding transport is developed and used to gain insight into the complex intensity profile created by the interplay of the THz undulator and various magnetic edges. An accurate model of the THz beamline is established that allows the precise manipulation of beam size and divergence for subsequent experiments. Based on the agreement with measurements a complete beam transport model for the helical THz undulator, planned at Flash2 is developed. Furthermore a THz pulse characterization system for high pulse energy high spectral brightness and high pulse energy high bandwidth THz pulses from a free electron laser is developed, set up and thoroughly tested. Based on the linear electro-optical effect the system achieves a broad detection range at few femtosecond time resolution by the interplay of two electro-optical detection setups. The first realizing broadband detection in a scanning electro-optical sampling fashion and the second allowing for a single shot arrival time correction tackling the problem of synchronizing external light sources to large scale accelerators. The system permits the characterization of the electric field of the THz pulses available at the THz beamline at FLASH at a repetition rate of 200 kHz. With the photon efficient design and easy scale-ability the system is suited as a blueprint for other high repetition rate accelerators implementing FEL based THz sources. Lastly the experimental capabilities of the developed system are proven by a model experiment utilizing Strontiumtitanate, perovskite type transition metal oxide. Indications of an ultrafast phase change are found and a possibly mechanism is proposed and discussed based on a series of experiments under varying excitation parameters.