Analyse von CHG-Spektren - Delta - TU Dortmund

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Mit dem Auto

Der Campus der Technischen Universität Dortmund liegt in der Nähe des Autobahnkreuzes Dortmund West, wo die Sauerlandlinie A45 den Ruhrschnellweg B1/A40 kreuzt. Die Abfahrt Dortmund-Eichlinghofen auf der A45 führt zum Campus Süd, die Abfahrt Dortmund-Dorstfeld auf der A40 zum Campus-Nord. An beiden Ausfahrten ist die Universität ausgeschildert.

Mit Bus und Bahn

Direkt auf dem Campus Nord befindet sich die S-Bahn-Station „Dortmund Universität“. Von dort fährt die S-Bahn-Linie S1 im 15- oder 30-Minuten-Takt zum Hauptbahnhof Dortmund und in der Gegenrichtung zum Hauptbahnhof Düsseldorf über Bochum, Essen und Duisburg. Außerdem ist die Universität mit den Buslinien 445, 447 und 462 zu erreichen. Eine Fahrplanauskunft findet sich auf der Homepage des Verkehrsverbundes Rhein-Ruhr, außerdem bieten die DSW21 einen interaktiven Liniennetzplan an.

Die H-Bahn

Zu den Wahrzeichen der TU Dortmund gehört die H-Bahn. Linie 1 verkehrt im 10-Minuten-Takt zwischen Dortmund Eichlinghofen und dem Technologiezentrum über Campus Süd und Dortmund Universität S, Linie 2 pendelt im 5-Minuten-Takt zwischen Campus Nord und Campus Süd. Diese Strecke legt sie in zwei Minuten zurück.

Mit dem Flugzeug

Vom Flughafen Dortmund aus gelangt man mit dem AirportExpress innerhalb von gut 20 Minuten zum Dortmunder Hauptbahnhof und von dort mit der S-Bahn zur Universität. Ein größeres Angebot an internationalen Flugverbindungen bietet der etwa 60 Kilometer entfernte Flughafen Düsseldorf, der direkt mit der S-Bahn vom Bahnhof der Universität zu erreichen ist.

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Direkt auf dem Campus Nord befindet sich die S-Bahn-Station „Dortmund Universität“. Von dort fährt die S-Bahn-Linie S1 im 15- oder 30-Minuten-Takt zum Hauptbahnhof Dortmund und in der Gegenrichtung zum Hauptbahnhof Düsseldorf über Bochum, Essen und Duisburg. Außerdem ist die Universität mit den Buslinien 445, 447 und 462 zu erreichen. Eine Fahrplanauskunft findet sich auf der Homepage des Verkehrsverbundes Rhein-Ruhr, außerdem bieten die DSW21 einen interaktiven Liniennetzplan an.

Die H-Bahn

Zu den Wahrzeichen der TU Dortmund gehört die H-Bahn. Linie 1 verkehrt im 10-Minuten-Takt zwischen Dortmund Eichlinghofen und dem Technologiezentrum über Campus Süd und Dortmund Universität S, Linie 2 pendelt im 5-Minuten-Takt zwischen Campus Nord und Campus Süd. Diese Strecke legt sie in zwei Minuten zurück.

Mit dem Flugzeug

Vom Flughafen Dortmund aus gelangt man mit dem AirportExpress innerhalb von gut 20 Minuten zum Dortmunder Hauptbahnhof und von dort mit der S-Bahn zur Universität. Ein größeres Angebot an internationalen Flugverbindungen bietet der etwa 60 Kilometer entfernte Flughafen Düsseldorf, der direkt mit der S-Bahn vom Bahnhof der Universität zu erreichen ist.

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Analyse von CHG-Spektren

Atomare Übergangsprozesse laufen in der Regel auf sehr kurzen Zeitskalen ab. Um diese Prozesse zeitlich auflösen zu können, werden an der Synchrotronstrahlungsquelle DELTA sehr kurze Lichtpulse mit Hilfe der so genannten kohärenten Oberwellenerzeugung (Coherent Harmonic Generation, kurz CHG) erzeugt. Dazu wird ein gepulster Laserstrahl mit dem gespeicherten Elektronenstrahl in einem speziellen Magneten (Undulator) überlagert, wodurch die Elektronen energetisch moduliert werden (Modulator). Beim anschließenden Durchlaufen einer magnetischen Schikane wird die Energiemodulation in eine Dichtemodulation umgewandelt, so dass aus einem nachfolgenden zweiten Undulator, der als Radiator fungiert, CHG-Strahlung emittiert wird (siehe Bild oben rechts). Das CHG-Verfahren liefert ultrakurze (im Subpikosekundenbereich), kohärente Lichtpulse mit Wellenlängen bis in den Vakuum-Ultraviolettbereich (VUV). Die spektralen Eigenschaften dieser Strahlung hängen unter anderem von den Einstellparametern des eingekoppelten Laserstrahls und der Schikanenstärke ab. Weitere Informationen finden sich u.a. in den Projektbeschreibungen und Publikationen der Arbeitsgruppen Khan und Helml.

Die Abbildung zeigt eine schematische Darstellung des CHG-Prinzips. — Schematische Darstellung der CHG-Funktionsweise.

Das Bild zeigt die Topologie eines mehrlagigen, gefalteten neuronalen Netzes (CNN) für die Analyse von CHG-Spektren. — Struktur eines mehrlagigen, gefalteten neuronalen Netzes (CNN) für die Analyse von CHG-Spektren.

Das Bild zeigt den Vergleich von gemessenen (1. Zeile) mit CNN vorhergesagten (2. Zeile) CHG-Spektren für verschiedene Einstellungen des Laserkompressors (GDD, TOD) und Stärken der Schikane (R56). — Vergleich von gemessenen (1. Zeile) und mit CNN vorhergesagten (2. Zeile) CHG-Spektren für verschiedene Einstellungen des Laserkompressors (GDD, TOD) und Stärken der Schikane (R56).

Für die NN-basierte Analyse der CHG-Strahlungsspektren wurden diese zunächst für Laserpulse mit verschiedenen spektralen Phasen und unterschiedlichen Stärken der magnetischen Schikane (R56) simuliert. Im Wesentlichen wurde dabei der Einfluss der beiden Laserpuls-Parameter GDD (group delay dispersion) und TOD (third order dispersion) auf die Spektren untersucht. Um die GDD- und die TOD-Werte aus den als Eingabe gemessenen CHG-Spektren vorhersagen zu können, wurde ein neuronales Faltungsnetzwerk (Convolutional Neural Network, kurz CNN) entworfen (siehe 2. Bild oben) und anschließend mit einem Satz von über 40000 numerisch simulierten Spektren für verschiedene Kombinationen von GDD- und TOD-Wertepaaren trainiert. Anschließend waren die trainierten Ersatzmodelle in der Lage, die GDD- und TOD-Werte für verschiedene spektrale Phasen des Laserpulses aus den gemessenen Spektren vorherzusagen (siehe linkes Bild). Weitere Details sind u.a. im Konferenzbeitrag zur IPAC-2023 zu finden.