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Wellenfrontmessung bei sFLASH Diplomanden- und Doktoranden-Seminar 02/07/ Ulrich Hipp Universität Hamburg
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Überblick Theorie Simulationen Messungen Wellenfronten
Prinzip des Hartmann Sensors Wellenfront Rekonstruktion Simulationen Annahmen für die Simulation Aufbau der Simulationen Ergebnisse Messungen Aufbau der Messanordnung Schwierigkeiten bei der Messung Erste Messung
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Überblick Theorie Simulationen Messungen Wellenfronten
Prinzip des Hartmann Sensors Wellenfront Rekonstruktion Simulationen Annahmen für die Simulation Aufbau der Simulationen Ergebnisse Messungen Aufbau der Messanordnung Schwierigkeiten bei der Messung Erste Messung
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Theorie - Wellenfronten
Lösung der Wellengleichung Maxwell Wellengleichung Definition der Phase: Definition der Wellenfront: Eine Fläche, die alle Punkte einer Welle verbindet, welche die gleiche Phase haben
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Theorie - Wellenfronten
Beispiel Punkquelle: Wellenfronten sind Kugeloberflächen Definition der Wellenfront: Eine Fläche, die alle Punkte einer Welle verbindet, welche die gleiche Phase haben
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Theorie - Wellenfronten
Beispiel Punkquelle: Wellenfronten sind Kugeloberflächen Definition der Wellenfront: Eine Fläche, die alle Punkte einer Welle verbindet, welche die gleiche Phase haben
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Theorie - Wellenfronten
Beliebige Wellenfronten Die Ausbreitungsrichtung ist immer senkrecht zur Wellenfront !!! Poyntingvektoren Definition der Wellenfront: Eine Fläche, die alle Punkte einer Welle verbindet, welche die gleiche Phase haben
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Theorie – Hartmann Sensor
Geometrischer Effekt – transversale Strahlabweichungen Messung der lokalen Winkel der Wellenfront an diskreten Punkten Wellenfront-Rekonstruktion durch bestimmte Algorithmen
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Theorie – Hartmann Sensor
Geometrischer Effekt – transversale Strahlabweichungen Messung der lokalen Winkel der Wellenfront an diskreten Punkten Wellenfront-Rekonstruktion durch bestimmte Algorithmen Benötigte Hardware: Lochplatte (Hartmann-Platte) Kamera
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Theorie – Hartmann Sensor
Geometrischer Effekt – transversale Strahlabweichungen Messung der lokalen Winkel der Wellenfront an diskreten Punkten Wellenfront-Rekonstruktion durch bestimmte Algorithmen Benötigte Hardware: Lochplatte (Hartmann-Platte) Kamera Sensor ist achromatisch (zumindest über einen großen Bereich) Gleichzeitige Messung des Intensitätsprofils möglich
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Theorie – Hartmann Sensor
incoming wavefront aperture array CCD-camera Distance D
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Theorie – Hartmann Sensor
incoming wavefront aperture array CCD-camera Distance D
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Theorie – Hartmann Sensor
incoming wavefront aperture array CCD-camera poynting vector Distance D
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Theorie – Hartmann Sensor
incoming wavefront aperture array CCD-camera Distance D
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Theorie – Hartmann Sensor
incoming wavefront aperture array CCD-camera Distance D reference wave
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Theorie – Hartmann Sensor
incoming wavefront aperture array CCD-camera Distance D reference wave
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Theorie – Hartmann Sensor
incoming wavefront aperture array CCD-camera Distance D reference wave
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Theorie – Hartmann Sensor
incoming wavefront aperture array CCD-camera wavefront reconstruction reference wave Distance D
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Theorie – Hartmann Sensor
Messbereich des Hartmann Sensors aperture array CCD-camera dynamic range spot out of dynamic range aperture separation s Distance D
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Theorie – Hartmann Sensor
Messbereich des Hartmann Sensors Einstellen des Messbereichs durch Änderung des Abstandes Lochplatte-Sensor
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Theorie – Hartmann Sensor
Zum Vergleich: Shack-Hartmann Sensor Linsen-Array Nicht für XUV-Bereich geeignet, da keine Linsen für XUV !!!
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Theorie – Wellenfront Rekonstruktion
Durch Messung erhält man eine Matrix der lokalen Winkeln Gradientenfeld Wellenfront ist eine Obefläche W Zonal: Linear Integration
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Theorie – Wellenfront Rekonstruktion
Modal: Rekonstruktion durch Superposition von Basisfunktionen
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Theorie – Wellenfront Rekonstruktion
Modal: Rekonstruktion durch Superposition von Basisfunktionen Zernike Polynome
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Überblick Theorie Simulationen Messungen Wellenfronten
Prinzip des Hartmann Sensors Wellenfront Rekonstruktion Simulationen Annahmen für die Simulation Aufbau der Simulationen Ergebnisse Messungen Aufbau der Messanordnung Schwierigkeiten bei der Messung Erste Messung
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Simulationen – Annahmen
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Simulationen – Annahmen
sFLASH: Einkopplung des Seeds
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Simulationen – Annahmen
sFLASH
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Simulationen – Annahmen
setup of wavefront sensor beamline zu FLASH HHG-Quelle
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Simulationen – Annahmen
Wellenfront der Fundamentalen (800nm) Mesung beim sFLASH drive laser
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Simulationen – Annahmen
Wellenfront der Fundamentalen (800nm) Messung von Harmonischen aus HHG* Mesung beim sFLASH drive laser * Eur. Phys. J. D 48, 459–463 (2008) DOI: /epjd/e
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Simulationen – Annahmen
Mesung beim sFLASH drive laser Sieht aus wie eine Sattelfunktion Simulierte Wellenfront
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Simulationen – Annahmen
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Simulationen – Annahmen
3 Fälle: Ebene Welle Sattelfunktion mit rms 0.2 lambda Sattelfunktion mit rms 0.4 lambda (lambda = 38 nm) 0.2 lambda rms phase- variation 0.4 lambda rms phase- variation plane wave
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Simulationen – Annahmen
Workflow der Simulationen Erstellen des Modells (Intensitätsverteilung, Wellenfront) Propagation des Modells durch die Beamline bis zum Undulator mit ZEMAX Übersetzung der Daten und anschließende Simulation für GENESIS Simulation im Undulator
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Simulationen – Annahmen
Workflow der Simulationen Erstellen des Modells (Intensitätsverteilung, Wellenfront) Propagation des Modells durch die Beamline bis zum Undulator mit ZEMAX Übersetzung der Daten und anschließende Simulation für GENESIS Simulation im Undulator Creating the wavefront-model at sensor-position Propagation with ZEMAX through the beamline Propagation with GENESIS through the undulators Transerring data to ZEMAX Transerring data to GENESIS
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Simulationen – Aufbau Fokussierender Spiegel sFLASH beamline in ZEMAX
Undulator Anfang Triplett HHG-Quelle (waist)
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Simulationen – Aufbau Fokussierender Spiegel sFLASH beamline in ZEMAX
Triplett 3 Fokus-Längen einstellbar: m - 7 m m
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Simulationen – Ergebnisse
Ergebnisse von ZEMAX: Strahl am Undulator Ebene Welle: 0 lambda rms
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Simulationen – Ergebnisse
Ergebnisse von ZEMAX: Strahl am Undulator Ebene Welle: 0.2 lambda rms
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Simulationen – Ergebnisse
Ergebnisse von ZEMAX: Strahl am Undulator Ebene Welle: 0.4 lambda rms
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Simulationen – Ergebnisse
Nächster Schritt: Simulationen mit GENESIS Das simulierte Seed ist immer auf gleiche Leistung am Undulatoranfang skaliert
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Simulationen – Ergebnisse
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Simulationen – Ergebnisse
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Simulationen – Ergebnisse
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Simulationen – Ergebnisse
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Simulationen – Ergebnisse
Fazit: Die Phasenverteilung selbst hat keinen großen Einfluss auf den Prozess des Seedings Aber: Die Wellenfront beeinflusst die Propagation der Pulse und damit die Fokussierung des Seeds Dieser Effekt ist ausschlaggebend für das Seeding
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Überblick Theorie Simulationen Messungen Wellenfronten
Prinzip des Hartmann Sensors Wellenfront Rekonstruktion Simulationen Annahmen für die Simulation Aufbau der Simulationen Ergebnisse Messungen Aufbau der Messanordnung Schwierigkeiten bei der Messung Erste Messung
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Messungen - Messanordnung
Beamline zu FLASH HHG-Quelle HHG-Quelle Labor 28G
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Messungen - Messanordnung
Beamline zu FLASH Aufbau Hartmann-Sensor HHG-Quelle Labor 28G
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Messungen - Messanordnung
Beamline in der Diagnostik
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Messungen - Messanordnung
Hartmann-Platte
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Messungen - Messanordnung
Hartmann-Platte
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Messungen - Messanordnung
Adapter für die Hartmann-Platten
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Messungen - Messanordnung
Messbereich der Hartmann-Platten
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Messungen - Schwierigkeiten
Aufnahme der Referenzwelle Erzeugung einer perfekten sphärischen Welle durch ein Pinhole (10mu) Intensität der 21. Harmonischen (38nm) nicht ausreichend dabei Fokussierung + Pinhole in der Fokus bringen Aber: Justierung fast unmöglich Alternative: Andere Lichtquelle für die Referenzwelle – LED bei 465nm
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Messungen – Erste Messung
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Messungen – Erste Messung
21. Harmonische ohne Hartmann-Platte (38nm)
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Messungen – Erste Messung
21. Harmonische mit Hartmann-Platte (38nm)
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