The energy spread of the electron beam is a critical parameter in X-ray free-electron lasers (XFELs) and needs to be optimized for best performance. The uncorrelated energy spread of the electrons can be a few keV or less in XFEL injectors, thus very challenging to measure. The standard method to characterize the electron beam energy spread, consisting in streaking the beam with a transverse deflector and measuring the time-resolved beam size of the electrons in a dispersive location for a single electron beam energy, has a typical resolution of several keV. To overcome this limitation we introduce a novel method to measure the beam size at a dispersive location for different beam energies so that it is possible to disentangle the beam size contributions related to the energy spread, the intrinsic beam size and the monitor resolution. As a consequence, the energy spread can be characterized with a much higher precision and resolution than in the standard approach. We also suggest to perform measurements for different deflection amplitudes so that the energy spread induced by the transverse deflector can be subtracted properly. The scheme does not require any additional hardware and thus can be readily applied in any standard XFEL facility. Numerical simulations and experimental results at SwissFEL confirm the validity of our method. Our calculations show that the approach can be used to significantly overcome the resolution of the standard approach and measure energy spreads well below 1 keV. As an example we present energy spreads of few keV measured at the SwissFEL injector.

中文翻译：

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基于高分辨率色散的电子束能量扩散测量

电子束的能量散布是X射线自由电子激光器（XFEL）的关键参数，需要对其进行优化以获得最佳性能。在XFEL注入器中，电子的不相关能量散布可能为keV或更小，因此很难测量。表征电子束能量散布的标准方法包括用横向偏转器对束进行划线，并测量单个电子束能量在分散位置的电子的时间分辨束大小，其典型分辨率为几keV。为了克服这个限制，我们引入了一种新颖的方法来测量分散位置上不同光束能量的光束尺寸，从而可以消除与能量散布，固有光束尺寸和显示器分辨率有关的光束尺寸贡献。结果，与标准方法相比，可以以更高的精度和分辨率来表征能量散布。我们还建议对不同的偏转幅度进行测量，以便可以适当地减去由横向偏转器引起的能量扩散。该方案不需要任何其他硬件，因此可以很容易地应用于任何标准XFEL设备中。SwissFEL的数值模拟和实验结果证实了我们方法的有效性。我们的计算表明，该方法可用于大大克服标准方法的分辨率，并测量远低于1 keV的能量散布。例如，我们介绍了在SwissFEL喷油器上测得的几keV能量散布。与标准方法相比，可以以更高的精度和分辨率来表征能量散布。我们还建议对不同的偏转幅度进行测量，以便可以适当地减去由横向偏转器引起的能量扩散。该方案不需要任何其他硬件，因此可以很容易地应用于任何标准XFEL设备中。SwissFEL的数值模拟和实验结果证实了我们方法的有效性。我们的计算表明，该方法可用于大大克服标准方法的分辨率，并测量远低于1 keV的能量散布。例如，我们介绍了在SwissFEL喷油器上测得的几keV能量散布。与标准方法相比，可以以更高的精度和分辨率来表征能量散布。我们还建议对不同的偏转幅度进行测量，以便可以适当地减去由横向偏转器引起的能量扩散。该方案不需要任何其他硬件，因此可以很容易地应用于任何标准XFEL设备中。SwissFEL的数值模拟和实验结果证实了我们方法的有效性。我们的计算表明，该方法可用于大大克服标准方法的分辨率，并测量远低于1 keV的能量散布。例如，我们介绍了在SwissFEL喷油器上测得的几keV能量散布。我们还建议对不同的偏转幅度进行测量，以便可以适当地减去由横向偏转器引起的能量扩散。该方案不需要任何其他硬件，因此可以很容易地应用于任何标准XFEL设备中。SwissFEL的数值模拟和实验结果证实了我们方法的有效性。我们的计算表明，该方法可用于大大克服标准方法的分辨率，并测量远低于1 keV的能量散布。例如，我们介绍了在SwissFEL喷油器上测得的几keV能量散布。我们还建议对不同的偏转幅度进行测量，以便可以适当地减去由横向偏转器引起的能量扩散。该方案不需要任何其他硬件，因此可以很容易地应用于任何标准XFEL设备中。SwissFEL的数值模拟和实验结果证实了我们方法的有效性。我们的计算表明，该方法可用于大大克服标准方法的分辨率，并测量远低于1 keV的能量散布。例如，我们介绍了在SwissFEL喷油器上测得的几keV能量散布。SwissFEL的数值模拟和实验结果证实了我们方法的有效性。我们的计算表明，该方法可用于大大克服标准方法的分辨率，并测量远低于1 keV的能量散布。例如，我们介绍了在SwissFEL喷油器上测得的几keV能量散布。SwissFEL的数值模拟和实验结果证实了我们方法的有效性。我们的计算表明，该方法可用于大大克服标准方法的分辨率，并测量远低于1 keV的能量散布。例如，我们介绍了在SwissFEL喷油器上测得的几keV能量散布。