In dieser Arbeit wird eine Diagnostik für die transversale Slice Emittanz mit einer effektiven zeitlichen Auflösung von bis zu 2 ps beschrieben, wie sie Photoinjektor Teststand in Zeuthen (PITZ) implementiert wird. Die Messungen wurden für verschiedene Elektronenpaketladungen, erzeugt durch einen Laserpuls mit zeitlichem Flat-Top-Profil mit 21-22 ps Halbwertsbreite, durchgeführt. Die Diagnostik erlaubt es, die Kompensation der projizierten Emittanz durch ein Solenoid-Magnetfeld experimentell zu untersuchen und trägt somit zur Strahlenemittanzoptimierung für die Anforderungen linac-basierten FELs im kurzen Wellenlängenbereich bei.
Die Diagnostik nutzt die Korrelation zwischen der longitudinalen Position eines Teilchens im Paket und seinem Impuls aus. Dadurch ist es möglich, mit Hilfe eines Dipolmagneten, die longitudinale Verteilung des Pakets in eine transversale Verteilung zu überführen. Ein schmaler Schlitz am Ausgang des Dipolmagneten schneidet einen kleinen Teil des Teilchenensembles, eine Scheibe (englisch: Slice), deren Emittanz auf einem Schirm mittels Slit-Scan- oder Quadrupol-Scan- Technik analysiert wird.
In den Experimenten wurde beobachtet, dass die Werte der Slice Emittanz um 5-10 % niedriger sind als die Werte der projizierten Emittanz. Dies deutet eine hohe Effektivität der Solenoidkompensation hin. Aufgrund eines Strahlhalos zeigen Quadrupol-Scan-Technik und Slit-Scan-Technik unterschiedliche Messwerte für die Emittanz. Der beobachtete Halo umfasst nur 10 % der Elektronenpaketladung, trägt aber bis zu 40 % der Emittanz bei.
This work describes a transverse slice emittance diagnostics with an RMS temporal resolution down to 2 ps that was implemented at the Photo Injector Test facility in Zeuten (PITZ). The measurements were performed for several bunch charges generated by a laser pulse that has a flat-top temporal profile of 21-22 ps FWHM duration. This diagnostics allows to study the beam projected emittance compensation with a solenoid magnetic field experimentally and therefore contributes to the beam emittance optimization for the needs of short wavelength linac-based FELs in particular.
The diagnostics is based upon the usage of electron bunches which have a correlation between the longitudinal position and the momentum of the bunch particles. This property allows to convert the bunch longitudinal distribution into a transverse one in a dipole magnet.A slit with a narrow opening at the dipole exit selects a fraction of the particle ensemble, a slice, which emittance is analyzed at a screen downstream. Slit scan and quadrupole scan techniques can be used to measure the emittance of the slices.
In the experiments it was found that the slice emittance values are 5-10 % lower than the projected emittance values, indicating a good effectivity of the solenoid compensation. The emittance obtained using quadrupole scan technique has shown different results when compared to slit scan technique due to a beam halo. The observed beam halo in phase space contributes up to 40 % of the emittance value while having only 10 % of the bunch charge.