Bunch Length Measurements Using a Martin-Puplett Interferometer at the VUV-FEL

The linac-driven Vacuum-Ultraviolet Free Electron Laser (VUV-FEL) at DESY, Hamburg produces short pulses of intense soft X-ray radiation. As the high gain FEL process depends strongly on a high peak current of the electron bunches, it is necessary to measure and control the bunch length. For this purpose, coherent synchrotron radiation (CSR) from a bending magnet of the bunch compressor BC2 is analyzed with a MartinPuplett interferometer. The measurement process and the reconstruction of the longitudinal charge profile are discussed in detail, including the recovery of phase information by Kramers-Kronig analysis of the form factor. The measured spectra show no significant intensity contribution above a frequency of 2 THz, and the reconstructed bunch shape is found to be independent of the acceleration phase in the accessible range, with a full width at half maximum of about 1 ps. No evidence for the formation of a narrow charge spike with an extent below 400 fs can be established. However, critical factors of the measurement like diffraction losses need further investigation. Zusammenfassung Der auf einem Linearbeschleuniger beruhende Vakuum-Ultraviolett-Freie-Elektronen-Laser (VUVFEL) des DESY, Hamburg, erzeugt kurze Pulse intensiver weicher Röntgenstrahlung. Da der hochverstärkende FEL-Prozess einen großen Spitzenstrom der Elektronenpakete voraussetzt, ist die Messung und Regelung der Elektronenpaketlänge notwendig. Zu diesem Zweck wird die kohärente Synchrotronstrahlung (CSR), die in einem Ablenkmagneten der magnetischen Schikane BC2 entsteht, mit einem Martin-Puplett-Interferometer untersucht. Der Messprozess und die Rekonstruktion des longitudinalen Ladungsprofils werden detailliert erörtert, einschließlich der Rückgewinnung von Phaseninformationen durch eine Kramers-Kronig-Analyse des Formfaktors. Die gemessenen Spektren weisen keinen signifikanten Intensitätsbeitrag über einer Frequenz von 2 THz auf, und im der Messung zugänglichen Bereich ist die rekonstruierte Form des Elektronenpakets unabhängig von der Beschleunigungsphase, mit einer Halbwertsbreite von etwa 1 ps. Die Bildung einer schmalen Ladungsspitze mit einer Ausdehnung von unter 400 fs kann nicht nachgewiesen werden. Jedoch bedürfen kritische Einflussgrößen der Messung wie etwa Beugungsverluste weiterer Untersuchung. Lars Fröhlich Deutsches Elektronen-Synchrotron Notkestraße 85 22607 Hamburg, Germany [email protected] German title: Messung der Elektronenpaketlänge am VUV-FEL mit einem Martin-Puplett-Interferometer Published under DESY report numbers: DESY-THESIS 2005-011 TESLA-FEL 2005-02 Printed by the DESY copy center. This document was typeset using LTEX and KOMA-Script.