Timing Diagnostics and Coherent Harmonics from a test-FEL
(2011)- Abstract
- The test free-electron laser (test-FEL) at MAX-lab in Lund demonstrated for the first time circularly
polarized coherent femtosecond pulses at 66 nm wavelength. A 375 MeV electron bunch
was seeded by a femtosecond laser at 263 nm and coherent harmonics were extracted in an
APPLE-II type elliptical undulator. A thermionic gun with a barium oxide cathode was adapted
for photocathode operation, and the performance of the gun was tested. Measurements
showed the production of 200 pC of electrons with a normalized emittance of 5.5 mmmrad
and a quantum efficiency of 1.1 10-4. To ensure the electron bunch overlap with the 500 fs
seed laser pulse and to measure the bunch length, an... (More) - The test free-electron laser (test-FEL) at MAX-lab in Lund demonstrated for the first time circularly
polarized coherent femtosecond pulses at 66 nm wavelength. A 375 MeV electron bunch
was seeded by a femtosecond laser at 263 nm and coherent harmonics were extracted in an
APPLE-II type elliptical undulator. A thermionic gun with a barium oxide cathode was adapted
for photocathode operation, and the performance of the gun was tested. Measurements
showed the production of 200 pC of electrons with a normalized emittance of 5.5 mmmrad
and a quantum efficiency of 1.1 10-4. To ensure the electron bunch overlap with the 500 fs
seed laser pulse and to measure the bunch length, an electro-optical spectral decoding setup
was built. The bunch length of about 1 ps was measured and it was determined that the longterm
drifts in timing were accelerator-related. Electro-optical spectral decoding was used for
the first time for online feedback to stabilize the overlap between the laser pulse and the electron
bunch. This stabilization ensured lasing of the FEL on every shot and contributed to the
detection of higher linearly polarized harmonics (44 nm). This thesis presents an introduction
to the processes that occur in the undulators: modulation, bunching and radiation. It describes
the test-FEL setup and the emittance of an electron beam. Electro-optical spectral decoding is
explained and its advantages and limitations are discussed. The feedback based on a simple
controller is presented. (Less) - Abstract (Swedish)
- Popular Abstract in Swedish
I denna avhandling ges en introduktion till fyra artiklar där resul-
tat från och delar av en frielektron-laser (FEL) beskrivs. Denna typ
av laser skiljer sig från de konventionella lasrar de flesta av oss har
träffat på, t.ex. i form av en laserpekare. Den första märkbara skill-
naden är att frielektron-lasrar är stora, ofta flera hundra meter långa.
De kräver en accelerator och långa magnetstrukturer, s.k. undula-
torer, för att fungera. Istället för att använda material som kristaller,
halvledare, gaser eller plasma, använder de istället fria obundna elek-
troner. Högenergetiska elektroner från acceleratorn förlorar lite... (More) - Popular Abstract in Swedish
I denna avhandling ges en introduktion till fyra artiklar där resul-
tat från och delar av en frielektron-laser (FEL) beskrivs. Denna typ
av laser skiljer sig från de konventionella lasrar de flesta av oss har
träffat på, t.ex. i form av en laserpekare. Den första märkbara skill-
naden är att frielektron-lasrar är stora, ofta flera hundra meter långa.
De kräver en accelerator och långa magnetstrukturer, s.k. undula-
torer, för att fungera. Istället för att använda material som kristaller,
halvledare, gaser eller plasma, använder de istället fria obundna elek-
troner. Högenergetiska elektroner från acceleratorn förlorar lite en-
ergi och alstrar ljus i undulatorerna.
Den FEL som presenteras här är ca 60 m lång. Syftet med anläg-
gningen är att studera produktion av ljus med korta våglängder och
variabel polarisation. Polarisation är en viktig egenskap hos ljus med
många tillämpningar inom vetenskap och teknik. Genom att använda
den existerande acceleratorn på MAX-lab, en konventionell laser och
två undulatorer, manipuleras elektronerna att alstra ljus med godtyck-
lig polarisation och kortare våglängd än den konventionella laser som
används för att starta processen. Växelverkan mellan elektronerna
och ljus från den konventionella lasern förbättrar kvaliteten på ljuset
från FELen. Metoden att starta frielektronlasern med en konven-
tionell laser kallas seeding (sådd).
För att detta ska fungera måste man träffa elektronpulsen med en
laserpuls i både tid och rum. Att överlappa dem rumsligt är inte så ut-
manande, men överlapp tidsmässigt kan vara det. Elektronpulsen är
ungefär en tredjedels millimeter lång och laserpulsen ungefär en tion-
dels, och båda färdas med ljusets hastighet. Elektro-optisk laserteknik
användes för att kontrollera och mäta det tidsmässiga överlappet
mellan elektroner och laserpuls. Tekniken användes också för att,
via återkoppling av laserns fördröjning, säkerställa överlapp för varje
skott. Detta ger en klar förbättring av anläggningen till en mycket liten
kostnad. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
https://lup.lub.lu.se/record/1894898
- author
- Cutic, Nino LU
- supervisor
- opponent
-
- Dr McNeil, Brian, Department of Physics, SUPA, University of Strathclyde, Glasgow, UK
- organization
- publishing date
- 2011
- type
- Thesis
- publication status
- published
- subject
- keywords
- Free electron laser, undulator radiation, coherent harmonic generation, circular polariyation, vacuum ultra-violet, seed pulse timing, bunch length, electro-optical spectral decoding
- pages
- 123 pages
- publisher
- Department of Physics, Lund University
- defense location
- Fysikum B
- defense date
- 2011-05-13 10:15:00
- external identifiers
-
- other:ISRN: LUNDTDX-NTMX-1010-SE
- ISBN
- 978-91-7473-106-4
- language
- English
- LU publication?
- yes
- id
- afe38532-33d5-4c26-a855-686a3629724b (old id 1894898)
- date added to LUP
- 2016-04-01 14:33:06
- date last changed
- 2018-11-21 20:27:47
@phdthesis{afe38532-33d5-4c26-a855-686a3629724b, abstract = {{The test free-electron laser (test-FEL) at MAX-lab in Lund demonstrated for the first time circularly<br/><br> polarized coherent femtosecond pulses at 66 nm wavelength. A 375 MeV electron bunch<br/><br> was seeded by a femtosecond laser at 263 nm and coherent harmonics were extracted in an<br/><br> APPLE-II type elliptical undulator. A thermionic gun with a barium oxide cathode was adapted<br/><br> for photocathode operation, and the performance of the gun was tested. Measurements<br/><br> showed the production of 200 pC of electrons with a normalized emittance of 5.5 mmmrad<br/><br> and a quantum efficiency of 1.1 10-4. To ensure the electron bunch overlap with the 500 fs<br/><br> seed laser pulse and to measure the bunch length, an electro-optical spectral decoding setup<br/><br> was built. The bunch length of about 1 ps was measured and it was determined that the longterm<br/><br> drifts in timing were accelerator-related. Electro-optical spectral decoding was used for<br/><br> the first time for online feedback to stabilize the overlap between the laser pulse and the electron<br/><br> bunch. This stabilization ensured lasing of the FEL on every shot and contributed to the<br/><br> detection of higher linearly polarized harmonics (44 nm). This thesis presents an introduction<br/><br> to the processes that occur in the undulators: modulation, bunching and radiation. It describes<br/><br> the test-FEL setup and the emittance of an electron beam. Electro-optical spectral decoding is<br/><br> explained and its advantages and limitations are discussed. The feedback based on a simple<br/><br> controller is presented.}}, author = {{Cutic, Nino}}, isbn = {{978-91-7473-106-4}}, keywords = {{Free electron laser; undulator radiation; coherent harmonic generation; circular polariyation; vacuum ultra-violet; seed pulse timing; bunch length; electro-optical spectral decoding}}, language = {{eng}}, publisher = {{Department of Physics, Lund University}}, school = {{Lund University}}, title = {{Timing Diagnostics and Coherent Harmonics from a test-FEL}}, url = {{https://lup.lub.lu.se/search/files/4034552/1894904.pdf}}, year = {{2011}}, }