PITZ
Charakterisierung des PhotoKatodenlasers am PhotoinjektorTeststand Zeuthen
Marc Hänel
DPG-Tagung Heidelberg
6.3.2007
PITZ
Charakterisierung des Photo-Katodenlasers am
Photoinjektor-Teststand Zeuthen
Marc Hänel
DPG – Tagung Heidelberg 2007
PITZ: Photoinjektor-Teststand Zeuthen
Test und Optimierung von Photoinjektoren für FEL-Anwendungen (z.B. XFEL)
PITZ
Charakterisierung des Photo-Katodenlasers am
Photoinjektor-Teststand Zeuthen
Marc Hänel
DPG – Tagung Heidelberg 2007
Anforderungen an den Laser:
1.
2.
3.
4.
verwendete Katoden aus Cs2Te (Austrittsarbeit 4,2eV) => λ<295nm
Quanteneffizienz von Cs2Te: 0,5-20% => für 1nC Ladung EPuls ≥ 8,4µJ
möglichst viele Laserpulse innerhalb eines RF-Pulses (800µs)
optimale Emittanz des Elektronenpaketes mit:
• zeitliches flat-top Profil (FWHM: 20ps, Anstiegs/Abfall-Zeiten: 2ps)
• räumliches flat-top (Durchmesser 0,55-2,1mm)
y
x
„Bierdosen“-Form:
t
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Charakterisierung des Photo-Katodenlasers am
Photoinjektor-Teststand Zeuthen
Marc Hänel
DPG – Tagung Heidelberg 2007
Lasersystem bei PITZ (entwickelt vom MBI)
1. ein Oszillator generiert Pulszüge bei einer Wellenlänge von
λ=1064nm(tFWHM=3ps)
2. doppelbrechende Filter formen den Puls zeitlich
(trapezförmig, tFWHM=18ps, Anstiegs-/Abfall-Zeiten ca. 5-6ps)
3. die Pulse werden in weiteren 6 Stufen verstärkt und
4. abschließend ins UV konvertiert
photodiode
#1
photodiode
#2
pulse
shaper
modelocked
oscillator
auxiliary
pulse picker
photodiode
#3
booster
amplifier
(2 stages)
preamplifier
(4 stages)
main
pulse picker
output
pulses
w av elength
conv ersion
IR -> UV
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Photoinjektor-Teststand Zeuthen
Marc Hänel
DPG – Tagung Heidelberg 2007
Lasersystem bei PITZ (entwickelt vom MBI)
Räumliches flat-top mittels strahlformender Apertur (Lochblende mit
variablem Durchmesser)
-> genaue Abbildung auf Katode notwendig (Interferenzringe)
<--- 10...25 m --->
transmission < 20%
losses > 80%
Photocathode
laser
Gaussian
laser beam
D = 2 mm
overfilled
beam-shaping
aperture
D = 1...4 mm
beamline telescope
or spatial filter
with pinhole
photocathode
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DPG – Tagung Heidelberg 2007
Überwachte Parameter – experimenteller Aufbau
1. Pulsenergie
Laserdiagnose-Aufbau vor Vakuumfenster
Photomultiplier (PMT)
2. Position auf der
Katode
3. räumliches
Strahlprofil
Quadrantendiode (QD)
virtuelle Katoden (CCD)
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Marc Hänel
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Überwachte Parameter – experimenteller Aufbau
1. Pulsenergie
vergrößerte Ansicht
Photomultiplier (PMT)
2. Position auf der
Katode
3. räumliches
Strahlprofil
Quadrantendiode (QD)
virtuelle Katoden (CCD)
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Überwachte Parameter – longitudinale Pulsform
streak-Kamera - Messung
Auswertung des Profils
Messungen: Pulsdauer 18-20ps FWHM, Anstiegs-/Abfallzeiten 5-7ps sowie
5% Modulationen des flat-top (peak-peak)
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Überwachte Parameter – transversale Pulsform
Gauß-Profil des Laser
flat-top nach der BSA (CCD-Kamera)
Messungen: ca. 10-20% Modulation des flat-top (Interferenzringe)
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Überwachte Parameter – Pulsenergien (PMT – Signal)
PMT-Signal
µs
Messungen: +/- 2,5% Schwankung der Intensität
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Überwachte Parameter – Strahlposition (Quadranten-Photodiode)
U1
U2
U3
U4
Messungen: Verschiebung des Laserspotposition um 140µm während eines
Pulszuges – Ursache noch ungeklärt
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Aktuelle Arbeit
1.
2.
3.
4.
online-Kalibrierung der Verstärkung des Photomultipliers (M.Hänel)
Auswertung der QD-Signale für inhomogene Strahlprofile (Y.Ivanisenko,M.Hänel)
Ursache für den Strahldrift
(ständig) Optimierung der BSA-Abbildung auf der Katode
Nächste Schritte
1. Aufbau eines verbesserten Systems zur
Überwachung der zeitlichen Pulsform (OSS, MBI)
2. Nutzung von Asphären zur Formung des räumlichen
flat-tops
three times more energy
than w ithout pre-shaping
"pre-shaped"
beam
<--- 10...25 m --->
aspheric
lens pair
Photocathode
laser with
flat-top
pump profiles
Gaussian
laser beam
D = 2 mm
transmission ~ 70%
losses ~ 30%
overfilled
beam-shaping
aperture
D = 1...4 mm
beamline telescope
or spatial filter
with pinhole
photocathode
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Vielen Dank für die Aufmerksamkeit

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