Strahlcharakterisierung von Freie-Elektronen-Lasern im weichen Röntgen-Spektralbereich

In den letzten Jahren haben mehrere Freie-Elektronen-Laser (FEL) im Röntgen-Spektralbereich den Nutzerbetrieb aufgenommen. Sie erzeugen 10-100 Femtosekunden lange Pulse mit hohem transversalen Kohärenzgrad und schmalbandigem Frequenzspektrum und erreichen gegenüber einfacher Undulatorstrahlung eine etwa zehn Größenordnungen höhere Spitzenbrillanz. Ein Hartmann-Wellenfrontsensor wurde für den EUV- und weichen Röntgen-Spektralbereich entwickelt, der bezogen auf die Wellenfrontrauigkeit wrms im Einzelpuls bei der Wellenlänge λ=13nm die Wiederholgenauigkeit λ/116 erreicht und an den Freie-Elektronen- Lasern FLASH in Hamburg und LCLS in Stanford zur Wellenfrontmessung und Strahlcharakterisierung eingesetzt wurde. Es wurden typische, durch den SASE- Erzeugungsprozess der Strahlung bedingte Schwankungen des Strahldurchmessers, der Strahllage und der Intensität festgestellt. Die Strahlqualität der einzelnen Pulse ist hoch mit Beugungsmaßzahl nahe eins. Durch Kontrolle und Justage der optischen Elemente, insbesondere der fokussierenden Spiegel, wurden die Strahleigenschaften an den Beamlines optimiert. Vergleichende Strahlprofilmessungen mittels einer EUV-Kamera um die Strahltaille bestätigen die aus der Hartmann-Messung gewonnenen Strahlparameter. Eine Rekonstruktion der Wignerfunktion des Strahls liefert zusätzliche Informationen über den Kohärenzgrad.