Erzeugung intensiver hochpolarisierter Elektronenstrahlen mit hoher ...

1. Die Quelle spinpolarisierter Elektronen am MAMI-Beschleuniger
Im unteren Teil der Abbildung 1.15 wird die Ansteuerung des Master-Oszillators dargestellt:
Die d.c.-Ansteuerung wird durch ein kommerzielles Laserdiodentreibergerät vorgenommen.
Dessen d.c.-Strom wird über ein so genanntes ”
Bias-Tee“ in die Laserdiode
eingekoppelt. Mit dem Bias-Tee wird der N.f-Frequenzbereich (bis 10 kHz) vom H.f.-
Bereich (>10 MHz) getrennt.
Der Hochfrequenzzweig ist folgendermaßen aufgebaut: Der MAMI-Hochfrequenzoszillator
( ”
H.f.-Master“ genannt) liefert das Referenzsignal. Mit einem Phasenschieber kann
die Referenzphase verschoben werden, um den vom Laser produzierten Elektronenpuls
an das Akzeptanzfenster des Chopper-Systems anzupassen. Eine Kombination aus einem
variablen Hochfrequenzabschwächer ( ”
Step-Attenuator“) und einem Festverstärker
(+30dB) erlaubt variable Leistungen bis zu 2.5 Watt zur Verfügung zu stellen. Der folgende
Zirkulator schützt den Verstärker vor einer Impedanzfehlanpassung, zusätzlich kann
die an der Diodenimpedanz reflektierte Leistung P ref am Ausgangsport des Zirkulators
gemessen werden. Hinter dem Zirkulator muss eine Impedanzanpassung vorgenommen
werden: Ein hierzu in der H.f.-Technik übliches Verfahren ist die Einführung zusätzlicher
Reflexionen durch Stichleitungen ( ”
Stubs“), deren Länge variiert werden kann. Nach geeigneter
Justierung des ”
Double-Stub-Tuners“ beträgt die reflektierte Leistung an der
kombinierten Schaltung aus Tuner und Laserdiode nur noch wenige Prozent.
Es sollte weiter angemerkt werden, dass diese Anpassung nicht garantiert, dass die Ladungsmodulation
an der Halbleiterdiode auf eine effektive Weise stattfindet. Beispielsweise
lassen sich baugleiche Laserdioden, die im größeren Leistungstransistorgehäuse
TO-3 montiert sind, zwar anpassen, aber schlechter modulieren, da hier vermutlich die
vergrößerte Induktivität der Zuleitung zu einer Abstrahlung der H.f.-Leistung führt.
TO-3 Gehäuse besitzen den Vorteil, dass Peltierelemente und Temperaturfühler zur
Temperaturstabilisierung eingebaut werden können, was in den kleineren Gehäuseformen
nicht mehr möglich ist. Der in Abbildung 1.15 gezeigte Laser wird daher mit extern
angebrachten Peltierelementen und Sensoren temperaturstabilisiert.
Master-Oszillator: Experimentelle Resultate
Die Messung der Pulsform im Zeitbereich kann, wie im Abschnitt über den Chopper
erwähnt wurde, durch Messung des durch den Chopper transmittierten Stroms bei kleiner
Spaltweite erfolgen. So werden etwa 16 ps Zeitauflösung erreicht, was für die Abtastung
der hier produzierten Pulse noch ausreicht 15 .
Die Abbildung 1.16 zeigt im linken Bild das auf diese Weise gemessene Signal, wobei
der Laser in der Nähe der Laserschwelle (j/j S =1.5) betrieben wurde. Die dunklen Bereiche
zeigen die Grenzen der mit 150 Grad angenommenen Akzeptanz. Im Einklang mit
den Vorhersagen der Modellrechnung entsteht ein Puls mit so geringer Halbwertsbreite,
dass über 98% des Gesamtstroms innerhalb der Akzeptanz liegen.
Der Master-Oszillator soll eine möglichst große mittlere Leistung aufweisen, um den
nachgeschalteten Verstärker zu entlasten. Die hier verwendeten Laserdioden liefern bei
geeigneter transversaler Modenform (d.h. einigermaßen beugungsbegrenzter Strahl, so
15 Ansonsten kann auf die Testquelle zurückgegriffen werden, die etwa 2 ps Auflösung erreicht.
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