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Experimental Study of the FEL with a Tapered Undulator and Numerical Simulations of Short Pulse Free Electron Lasers

Khodyachykh, Sergiy :
Experimental Study of the FEL with a Tapered Undulator and Numerical Simulations of Short Pulse Free Electron Lasers.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2003)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Experimental Study of the FEL with a Tapered Undulator and Numerical Simulations of Short Pulse Free Electron Lasers
Language: English
Abstract:

In the present work the influence of tapering with respect of the FEL efficiency has been systematically investigated for the Darmstadt FEL experimentally and theoretically. In this context the experiments performed at the electron accelerator S-DALINAC with an electron beam of 31 MeV at a wavelength of 7 µm were analyzed. The tapering was investigated for ? = - 16.48, - 14.14, - 9.44, - 4.73, 4.74 and 9.5. The experiment shows an efficiency increase of about 15 % due to tapering in the vicinity of ? = - 4.73 and 4.74. The experimental data were compared with theoretical predictions based on an elaborate simulation program. This simulation program has been extended considerably in order to be applicable for the experimental conditions of the FEL at the S-DALINAC. The input parameters of the one dimensional code were adjusted to the experimental conditions e.g. the optical macropulse evolution and were tested for the observables for the untapered undulator with respect to the small signal gain, power desynchronization and line width obtained from measurements performed at the S-DALINAC and FELIX. The predictions of this one dimensional code for the tapered case are in very good agreement with the present experimental data as well as with the results from the TJNAF. It can thus be stated that in the present thesis an effect of tapering with respect to the efficiency of the FEL was found for the first time for oscillator as predicted by the simulations carried out within the frame of the present work.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
In der vorliegenden Arbeit wurde systematisch experimentell als auch theoretisch untersucht, in wieweit das ''Tapern'' des Undulators eines Freie Elektronen Lasers dessen Wirkungsgrad beeinflusst. Dazu sind die am supraleitenden Darmstädter Elektronenbeschleuniger S-DALINAC bei einer Elektronenenergie von 31 MeV und bei einer Wellenlänge von 7 µm durchgeführten Messungen analysiert worden. Der Tapering Effekt wurde für Werte von ? = - 16.48, - 14.14, - 9.44, - 4.73, 4.74 und 9.5 untersucht. Dabei zeigen die experimentellen Ergebnisse eine Erhöhung des FEL Wirkungsgrads von etwa 15 % für Tapering Werte in der Nähe von ? = - 4.73 und 4.74. Die experimentellen Ergebnisse wurden mit den theoretischen Vorhersagen eines sehr aufwendigen Simulationsprogramms verglichen. Für diesen Zweck musste das Simulationsprogramm erheblich erweitert werden, um unter den Bedingungen des FEL am S-DALINAC einsatzfähig zu sein. Die Eingabeparameter des eindimensionalen Codes wurden, z.B. durch Vergleich mit der beobachteten zeitlichen Entwicklung des optischen Makropulses, an die experimentellen Gegebenheiten angepasst und für verschiedene Observable, wie z.B. die Kleinsignalverstärkung, die Leistungsänderungen als Funktion der Desynchronisation und die Linienbreite der Laserstrahlung, die aus am S-DALINAC und bei FELIX durchgeführten Untersuchungen mit einem ungetaperten Undulator resultieren, getestet. Es zeigt sich, dass die mit diesem eindimensionalen Code erzielten Voraussagen in sehr guter übereinstimmung mit den im Rahmen dieser Arbeit analysierten experimentellen Ergebnissen sowie mit den Messwerten vom TJNAF sind. Daraus wird ersichtlich, dass in der vorliegenden Dissertation erstmals der Einfluss des Taperings auf den Wirkungsgrad eines FEL-Oszillators nachgewiesen werden konnte und dass dieser Effekt auch durch die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Simulationen vorhergesagt wird.German
Uncontrolled Keywords: FEL, tapering, nonuniform undulator, short pulse FEL
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
FEL, tapering, nonuniform undulator, short pulse FELEnglish
Divisions: Fachbereich Physik
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:21
Last Modified: 07 Dec 2012 11:49
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000320
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-3202
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Richter, Prof. Dr. Achim and Seelig, Prof. Dr.- Wolfgang
Advisors: Richter, Prof. Dr. Achim
Refereed: 9 December 2002
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/320
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