E-203 status and future plans Nicolas Delerue on behalf - - PowerPoint PPT Presentation

E-­‑203 ¡status ¡and ¡future ¡plans ¡

Nicolas ¡Delerue ¡on ¡behalf ¡of ¡the ¡collabora9on: ¡ Joanna ¡Barros, ¡Nicolas ¡Delerue, ¡ ¡ Stéphane ¡Jenzer ¡and ¡Mélissa ¡Vieille ¡Grosjean, ¡ LAL, ¡CNRS ¡and ¡Université ¡Paris-­‑Sud ¡ ¡ Faissal ¡Bakkali ¡Taheri, ¡Riccardo ¡Bartolini, ¡ ¡George ¡Doucas, ¡Ivan ¡Konoplev ¡and ¡Armin ¡Reichold ¡ John ¡Adams ¡Ins9tute, ¡University ¡of ¡Oxford ¡

E-­‑203/Smith-­‑Purcell ¡radia9on: ¡ quick ¡reminder ¡

• E-­‑203 ¡uses ¡Coherent ¡Smith-­‑Purcell ¡radia9on ¡

to ¡measure ¡the ¡bunch ¡longitudinal ¡profile. ¡

• This ¡radia9on ¡is ¡produced ¡when ¡the ¡bunch ¡

passes ¡near ¡a ¡gra9ng. ¡

• It ¡is ¡a ¡non ¡destruc9ve, ¡poten9ally ¡single ¡

shot, ¡measurement. ¡

Nicolas ¡Delerue, ¡LAL ¡Orsay ¡ E-­‑203 ¡status ¡ 2 ¡

E-­‑203 ¡in ¡2013-­‑2014: ¡ Upgrades ¡to ¡the ¡experiment ¡

• Installa9on ¡of ¡a ¡wire-­‑scanner: ¡ ¡

Accurate ¡determina-on ¡of ¡the ¡beam ¡ posi-on ¡rela-ve ¡to ¡the ¡gra-ng ¡surface ¡ (100um). ¡

• Linear ¡poten9ometer: ¡

Accuracy ¡on ¡the ¡gra-ng ¡posi-on/ displacement ¡down ¡to ¡~100um. ¡

• New ¡motor ¡for ¡the ¡filters: ¡

Allow ¡to ¡move ¡slits ¡in ¡front ¡of ¡the ¡filters ¡ (for ¡the ¡study ¡of ¡the ¡azimuthal ¡[phi] ¡ distribu-on ¡of ¡the ¡radia-on ¡discussed ¡ later). ¡

• New ¡motor ¡for ¡the ¡carousel ¡arm: ¡

Aim ¡was ¡to ¡increase ¡the ¡posi-oning ¡ accuracy ¡and ¡allow ¡remote ¡control ¡to ¡ comply ¡with ¡FACET ¡requirements. ¡

• Faster ¡data ¡processing ¡turn ¡around ¡9me: ¡

Data ¡are ¡now ¡automa-cally ¡transferred ¡ and ¡analysed. ¡ ¡ Preliminary ¡plots ¡(spectrum) ¡are ¡now ¡ uploaded ¡to ¡EPICS ¡on ¡the ¡fly. ¡

Nicolas ¡Delerue, ¡LAL ¡Orsay ¡ E-­‑203 ¡status ¡ 3 ¡

E-­‑203 ¡in ¡2013-­‑2014: ¡ Data ¡taking ¡runs ¡

• Thanksgiving ¡2013: ¡
• ­‑ ¡Significant ¡issues ¡with ¡beam ¡stability ¡

and ¡backgrounds. ¡

• ­‑ ¡We ¡did ¡not ¡get ¡a ¡single ¡stable ¡60 ¡

minutes ¡period ¡to ¡take ¡data. ¡

• ­‑ ¡Data ¡not ¡trustable. ¡

¡

• Spring ¡2014: ¡
• ­‑ ¡Several ¡hardware ¡issues ¡following ¡the ¡

upgrade ¡(later ¡understood ¡as ¡coming ¡ from ¡noise ¡and ¡from ¡a ¡faulty ¡rota9onal ¡ poten9ometer) ¡ => ¡unable ¡to ¡achieve ¡reliable ¡rota9on ¡of ¡ the ¡carousel ¡for ¡a ¡full ¡shic. ¡

• ­‑ ¡Some ¡data ¡taken ¡but ¡affected ¡by ¡the ¡

carousel ¡rota9on ¡issue. ¡

Nicolas ¡Delerue, ¡LAL ¡Orsay ¡ E-­‑203 ¡status ¡ 4 ¡

Recent ¡results ¡(publica9ons) ¡

• 2 ¡publica9ons ¡in ¡peer-­‑reviewed ¡journals ¡since ¡the ¡last ¡SAREC ¡

review: ¡

• Reconstruc9on ¡of ¡the ¡9me ¡profile ¡of ¡20.35 ¡GeV, ¡subpicosecond ¡

long ¡electron ¡bunches ¡by ¡means ¡of ¡coherent ¡Smith-­‑Purcell ¡ radia9on ¡ ¡

• Phys. ¡Rev. ¡ST ¡Accel. ¡Beams ¡17, ¡052802 ¡-­‑ ¡Published ¡27 ¡May ¡2014. ¡ ¡

hhp://dx.doi.org/10.1103/PhysRevSTAB.17.052802 ¡

• Longitudinal ¡prole ¡monitors ¡using ¡Coherent ¡Smith-­‑Purcell ¡radia9on ¡

NIM ¡A, ¡Volume ¡740, ¡11 ¡March ¡2014, ¡Pages ¡212-­‑215. ¡ hhp://dx.doi.org/10.1016/j.nima.2013.11.090 ¡

Nicolas ¡Delerue, ¡LAL ¡Orsay ¡ E-­‑203 ¡status ¡ 5 ¡

Recent ¡results ¡(conf. ¡papers) ¡

• Study ¡of ¡Phase ¡Reconstruc9on ¡Techniques ¡applied ¡to ¡

Smith-­‑Purcell ¡Radia9on ¡Measurements ¡(IPAC ¡2014, ¡ THPME088) ¡

• Effect ¡of ¡Beam-­‑gra9ng ¡Separa9on ¡on ¡Longitudinal ¡Profile ¡

Reconstruc9on ¡using ¡Smith-­‑Purcell ¡Radia9on ¡and ¡Recent ¡ Upgrade ¡to ¡E203 ¡(IPAC ¡2014, ¡THPME085) ¡

• Reconstruc9on ¡of ¡Longitudinal ¡Electrons ¡Bunch ¡Profiles ¡at ¡

FACET, ¡SLAC ¡(THPME093) ¡

• Longitudinal ¡profile ¡monitor ¡using ¡Smith-­‑Purcell ¡radia9on: ¡

recent ¡results ¡from ¡the ¡E-­‑203 ¡collabora9on ¡(IBIC ¡2013, ¡ TUPC38) ¡

• Some ¡Proper9es ¡of ¡Coherent ¡Smith-­‑Purcell ¡radia9on ¡from ¡

electron ¡bunches ¡and ¡gra9ngs ¡of ¡finite ¡dimensions. ¡ (IRMMW-­‑THz ¡2013) ¡

Nicolas ¡Delerue, ¡LAL ¡Orsay ¡ E-­‑203 ¡status ¡ 6 ¡

Recent ¡results: ¡ ¡ addressing ¡ques9ons ¡from ¡SAREC ¡

• About ¡KK ¡reconstruc9on: ¡

we ¡have ¡shown ¡on ¡simulated ¡data ¡ that ¡in ¡many ¡cases ¡the ¡profile ¡ reconstructed ¡with ¡KK ¡is ¡very ¡close ¡ from ¡the ¡original ¡profile ¡(this ¡is ¡a ¡ separate ¡project ¡from ¡E-­‑203). ¡

• About ¡the ¡sensi9vity ¡on ¡the ¡

posi9on ¡of ¡the ¡gra9ng, ¡our ¡study ¡ has ¡led ¡us ¡to ¡add ¡a ¡wire-­‑scanner ¡ and ¡a ¡linear ¡poten9ometer ¡to ¡ improve ¡the ¡accuracy ¡of ¡the ¡

• measurement. ¡ ¡

Nicolas ¡Delerue, ¡LAL ¡Orsay ¡ E-­‑203 ¡status ¡ 7 ¡

1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 x 10

20 40 60 80 100 120 2 distribution for Kramers−Kronig, Linear sampling

Recent ¡results ¡ (work ¡in ¡progress) ¡

• Comparison ¡with ¡TCAV: ¡

Very ¡limited ¡data ¡available ¡(2 ¡ sets). ¡First ¡indica9ons ¡are ¡that ¡ the ¡length ¡measured ¡is ¡longer. ¡ Further ¡inves9ga9ons ¡needed. ¡

• We ¡made ¡an ¡analysis ¡taking ¡only ¡
• ne ¡pulse ¡per ¡gra9ng ¡posi9on ¡

(instead ¡of ¡100-­‑200 ¡usually) ¡to ¡ see ¡how ¡this ¡would ¡affect ¡the ¡

• profile. ¡Results ¡are ¡encouraging ¡

toward ¡the ¡feasibility ¡of ¡a ¡real ¡ single ¡shot ¡device. ¡

Nicolas ¡Delerue, ¡LAL ¡Orsay ¡ E-­‑203 ¡status ¡ 8 ¡

−1 1 2 3 4 5 −0.2 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 time [ps] current [a.u.] E−203 preliminary Reconstructed time profile Comparison pseudo−single−shot/multi−shot Max Compression Multi shot profile Pseudo single−shot

Toward ¡a ¡single ¡shot ¡device ¡

• At ¡the ¡moment ¡we ¡take ¡6 ¡sets ¡of ¡100-­‑200 ¡

data ¡points ¡to ¡reconstruct ¡a ¡profile ¡(3 ¡set ¡of ¡ signal ¡data ¡and ¡3 ¡sets ¡of ¡background ¡data). ¡

• Our ¡recent ¡study ¡shows ¡that ¡we ¡could ¡take ¡

6 ¡sets ¡data ¡with ¡a ¡single ¡data ¡point ¡ ¡ [Note: ¡this ¡would ¡note ¡significantly ¡change ¡ the ¡-me ¡needed ¡for ¡a ¡measurement ¡as ¡we ¡ are ¡dominated ¡by ¡motor ¡mo-on.] ¡

• Using, ¡for ¡example, ¡the ¡polarisa9on ¡

informa9on ¡we ¡expect ¡to ¡be ¡able ¡to ¡extract ¡ signal ¡and ¡background ¡from ¡a ¡single ¡

• measurement. ¡

We ¡would ¡then ¡only ¡need ¡3 ¡data ¡points ¡to ¡ get ¡a ¡profile. ¡

• Later, ¡by ¡using, ¡for ¡example, ¡the ¡azimuthal ¡

distribu9on ¡we ¡might ¡be ¡able ¡to ¡make ¡ single ¡shot ¡measurements. ¡

Nicolas ¡Delerue, ¡LAL ¡Orsay ¡ E-­‑203 ¡status ¡ 9 ¡

−1 1 2 3 4 5 −0.2 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 time [ps] current [a.u.] E−203 preliminary Reconstructed time profile Comparison pseudo−single−shot/multi−shot Max Compression Multi shot profile Pseudo single−shot

Status ¡with ¡respect ¡to ¡the ¡ collabora9on ¡goals ¡

• With ¡the ¡two ¡recent ¡publica9ons ¡E-­‑203 ¡has ¡

achieved ¡most ¡of ¡its ¡goals ¡ ¡ (demonstra9on ¡of ¡SP ¡in ¡the ¡100s ¡fs ¡range). ¡ ¡ What ¡remains ¡to ¡be ¡done: ¡

• Show ¡the ¡resolu9on ¡that ¡can ¡be ¡achieved ¡on ¡

“notch ¡collimator”measurement. ¡

• Prepare ¡for ¡a ¡“single ¡shot” ¡device: ¡
• ­‑ ¡validate/understand ¡signal ¡azimuthal ¡

distribu9on ¡

• ­‑ ¡validate/understand ¡signal ¡polarisa9on ¡

Nicolas ¡Delerue, ¡LAL ¡Orsay ¡ E-­‑203 ¡status ¡ 10 ¡

Azimuthal ¡study ¡

• We ¡expect ¡the ¡azimuthal ¡

(phi) ¡distribu9on ¡of ¡the ¡ signal ¡to ¡allow ¡us ¡to ¡ separate ¡signal ¡from ¡

• background. ¡
• This ¡may ¡allow ¡us ¡to ¡do ¡a ¡

single ¡shot ¡monitor ¡and ¡to ¡ improve ¡our ¡understanding ¡

• f ¡the ¡signal ¡distribu9on. ¡

Nicolas ¡Delerue, ¡LAL ¡Orsay ¡ E-­‑203 ¡status ¡ 11 ¡

Polarisa9on ¡

• We ¡have ¡shown ¡that ¡the ¡background ¡is ¡not ¡
• polarized. ¡
• We ¡made ¡a ¡preliminary ¡measurement ¡of ¡the ¡

CSP ¡polariza9on ¡but ¡this ¡measurement ¡does ¡ not ¡agree ¡with ¡theory. ¡

• This ¡could ¡be ¡due ¡to ¡the ¡measurement ¡

technique ¡(we ¡could ¡not ¡measure ¡the ¡two ¡ polariza9on ¡components ¡simultaneously) ¡and ¡ we ¡could ¡not ¡use ¡filters ¡to ¡reject ¡background. ¡

• We ¡would ¡like ¡to ¡repeat ¡this ¡measurement ¡but ¡

with ¡a ¡measurement ¡of ¡both ¡polariza9on ¡ components ¡at ¡the ¡same ¡9me ¡and ¡with ¡filters ¡ to ¡reject ¡background ¡noise. ¡

Nicolas ¡Delerue, ¡LAL ¡Orsay ¡ E-­‑203 ¡status ¡ 12 ¡

Hardware ¡upgrade ¡

• Replace ¡the ¡transla9on ¡

system ¡for ¡the ¡carousel ¡ by ¡a ¡commercial ¡system ¡ with ¡a ¡stepper ¡motor. ¡

• Add ¡a ¡linear ¡encoder ¡with ¡

an ¡accuracy ¡of ¡10um. ¡

• Add ¡bigger ¡viewports ¡for ¡

easier ¡iden9fica9on ¡of ¡ the ¡gra9ng ¡exposed ¡to ¡ the ¡beam. ¡

Nicolas ¡Delerue, ¡LAL ¡Orsay ¡ E-­‑203 ¡status ¡ 13 ¡

Shic ¡plan ¡for ¡2014-­‑2015 ¡

Ideally ¡we ¡would ¡like ¡to ¡have ¡3 ¡sets ¡of ¡shics ¡in ¡ 2014-­‑2015: ¡

• One ¡shic ¡to ¡measure ¡the ¡Phi ¡distribu9on ¡[12h] ¡
• One ¡shic ¡with ¡the ¡notch ¡collimator ¡inserted ¡for ¡

concurrent ¡running ¡with ¡TCAV ¡(and ¡if ¡possible ¡THz). ¡ [8h] ¡

• One ¡shic ¡with ¡the ¡polariza9on ¡plates ¡installed. ¡[12h] ¡

¡ We ¡need ¡a ¡PAMM ¡(or ¡4 ¡hours ¡access) ¡before ¡each ¡of ¡ these ¡shics ¡as ¡each ¡measurement ¡requires ¡a ¡different ¡ hardware ¡configura9on. ¡

Nicolas ¡Delerue, ¡LAL ¡Orsay ¡ E-­‑203 ¡status ¡ 14 ¡

Summary ¡

• E-­‑203 ¡has ¡achieved ¡most ¡of ¡its ¡goals. ¡
• 2 ¡publica9ons ¡and ¡5 ¡conference ¡contribu9ons ¡in ¡

the ¡past ¡year. ¡

• 2 ¡PhD ¡theses ¡in ¡progress. ¡
• We ¡would ¡need ¡3 ¡shics ¡to ¡complete ¡our ¡goals ¡

(and ¡for ¡our ¡students ¡to ¡have ¡their ¡final ¡data): ¡

• ­‑ ¡one ¡shic ¡to ¡validate ¡the ¡resolu9on ¡of ¡the ¡
• system. ¡
• ­‑ ¡two ¡shics ¡to ¡acquire ¡data ¡toward ¡the ¡design ¡of ¡

a ¡single ¡shot ¡device. ¡

Nicolas ¡Delerue, ¡LAL ¡Orsay ¡ E-­‑203 ¡status ¡ 15 ¡