Charakterisierung des Photo- Katodenlasers am Photoinjektor- Teststand Zeuthen Marc Hänel...

Charakterisierung des Photo-Charakterisierung des Photo-Katodenlasers am Photoinjektor-Katodenlasers am Photoinjektor-

Teststand ZeuthenTeststand Zeuthen

Charakterisierung des Photo-Charakterisierung des Photo-Katodenlasers am Photoinjektor-Katodenlasers am Photoinjektor-

Teststand ZeuthenTeststand Zeuthen

Marc Hänel

DPG-Tagung Heidelberg

6.3.2007

PITZ

PITZCharakterisierung des Photo-Katodenlasers am Charakterisierung des Photo-Katodenlasers am

Photoinjektor-Teststand ZeuthenPhotoinjektor-Teststand ZeuthenMarc Hänel

DPG – Tagung Heidelberg 2007

PITZ: Photoinjektor-Teststand Zeuthen Test und Optimierung von Photoinjektoren für FEL-Anwendungen (z.B. XFEL)

PITZ

Anforderungen an den Laser:

1. verwendete Katoden aus Cs2Te (Austrittsarbeit 4,2eV) => λ<295nm2. Quanteneffizienz von Cs2Te: 0,5-20% => für 1nC Ladung EPuls ≥ 8,4µJ3. möglichst viele Laserpulse innerhalb eines RF-Pulses (800µs)4. optimale Emittanz des Elektronenpaketes mit:

• zeitliches flat-top Profil (FWHM: 20ps, Anstiegs/Abfall-Zeiten: 2ps)• räumliches flat-top (Durchmesser 0,55-2,1mm)

„Bierdosen“-Form:

y

x

t

Charakterisierung des Photo-Katodenlasers am Charakterisierung des Photo-Katodenlasers am Photoinjektor-Teststand ZeuthenPhotoinjektor-Teststand Zeuthen

Marc HänelDPG – Tagung Heidelberg 2007

PITZ

photo-diode

#1

photo-diode

#3

wavelengthconversion

IR -> UV

outputpulses

photo-diode

#2

pulseshaper

boosteramplifier(2 stages)

mainpulse picker

auxiliarypulse picker

preamplifier(4 stages)

modelockedoscillator

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 und4. abschließend ins UV konvertiert



PITZ

Lasersystem bei PITZ (entwickelt vom MBI)

transmission < 20 %losses > 80 %

Photocathodelaser

<--- 10...25 m --->

photo-cathode

beamline telescopeor spatial filterwith pinhole

Gaussianlaser beamD = 2 mm

overfilledbeam-shaping

apertureD = 1...4 mm

transmission < 20 %losses > 80 %

Photocathodelaser

<--- 10...25 m --->

photo-cathode





Räumliches flat-top mittels strahlformender Apertur (Lochblende mit variablem Durchmesser)-> genaue Abbildung auf Katode notwendig (Interferenzringe)



PITZ

Überwachte Parameter – experimenteller Aufbau

Laserdiagnose-Aufbau vor Vakuumfenster1. Pulsenergie

Photomultiplier (PMT)

3. räumliches Strahlprofil

virtuelle Katoden (CCD)

2. Position auf derKatode

Quadrantendiode (QD)



PITZ

Überwachte Parameter – experimenteller Aufbau

vergrößerte Ansicht1. Pulsenergie

Photomultiplier (PMT)

3. räumliches Strahlprofil

virtuelle Katoden (CCD)

2. Position auf derKatode

Quadrantendiode (QD)



PITZ

Überwachte Parameter – longitudinale Pulsform

streak-Kamera - Messung Auswertung des Profils



Messungen: Pulsdauer 18-20ps FWHM, Anstiegs-/Abfallzeiten 5-7ps sowie5% Modulationen des flat-top (peak-peak)

PITZ

Überwachte Parameter – transversale Pulsform

Gauß-Profil des Laser flat-top nach der BSA (CCD-Kamera)



Messungen: ca. 10-20% Modulation des flat-top (Interferenzringe)

PITZ

Überwachte Parameter – Pulsenergien (PMT – Signal)



µs

PMT-Signal

Messungen: +/- 2,5% Schwankung der Intensität

PITZ

Überwachte Parameter – Strahlposition (Quadranten-Photodiode)

U1 U2

U3 U4



Messungen: Verschiebung des Laserspotposition um 140µm während eines Pulszuges – Ursache noch ungeklärt

PITZ

Aktuelle Arbeit



1. online-Kalibrierung der Verstärkung des Photomultipliers (M.Hänel)2. Auswertung der QD-Signale für inhomogene Strahlprofile (Y.Ivanisenko,M.Hänel)3. Ursache für den Strahldrift4. (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 energythan without pre-shaping

transmission ~ 70 %losses ~ 30 %

"pre-shaped"beam

asphericlens pair

Photocathodelaser withflat-top

pump profiles

<--- 10...25 m --->

photo-cathode





three times more energythan without pre-shaping

transmission ~ 70 %losses ~ 30 %

"pre-shaped"beam

asphericlens pair

Photocathodelaser withflat-top

pump profiles

<--- 10...25 m --->

photo-cathode





PITZ

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit



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