Der Betrieb eines Freien Elektronen Lasers (FEL), bei dem die spontan emittierte Undulatorstrahlung ueber Wechselwirkung mit dem Elektronenstrahl selbst verstaerkt wird, setzt eine praezise Ausrichtung des Elektronenstrahls mit dem Photonenstrahl voraus. Um den Ueberlapp von Elektronen-und Photonenstrahl zu gewaehrleisten, wurde ein neuartiger Typ von Wellenleiter-Strahllagemonitor entwickelt, der in eine Vakuumkammer des Undulators des FELs der TESLA Test Facility (TTF) integriert ist. Vier um das Strahlrohr verteilte Wellenleiter koppeln ueber schmale Schlitze einen Bruchteil jenes elektromagnetischen Feldes aus, welches den Strahl begleitet. Die induzierten Signale haengen von der transversalen Strahlposition und der Strahlintensitaet ab. Mit vier Schlitz-Wellenleiter Paaren laesst sich ein lineares Signal ableiten, anhand dessen die Position des Elektronenstrahls bestimmt werden kann. Die induzierten Signale werden mittels eines stegbelasteten Wellenleiters in die erste Stufe eines bei 12 GHz arbeitenden Empfaengers zugefuehrt. Die vorliegende Arbeit beschreibt Design, Tests und Implementierung dieses neuartigen Typs von Strahllagemonitor. / The operation of a free electron laser working in the Self Amplified Spontaneous Emission mode (SASE FEL) requires the electron trajectory to be aligned with very high precision in overlap with the photon beam. In order to ensure this overlap, one module of the SASE FEL undulator at the TESLA Test Facility (TTF) is equipped with a new type of waveguide beam position monitor (BPM). Four waveguides are arranged symmetrically around the beam pipe, each channel couples through a small slot to the electromagnetic beam field. The induced signal depends on the beam intensity and on the transverse beam position in terms of beam--to--slot distance. With four slot--waveguide combinations a linear position sensitive signal can be achieved, which is independent of the beam intensity. The signals transduced by the slots are transferred by ridged waveguides through an impedance matching stage into a narrowband receiver tuned to 12 GHz. The present thesis describes design, tests, and implementation of this new type of BPM.

Die Entwicklung Freier-Elektronen-Laser und einer neuen Generation von Strahlungsquellen erlaubt die Realisierung hoher Intensitäten und kurzer Pulsdauern. Im Regime niedriger Laserintensitäten war bisher die Dipolnäherung recht erfolgreich bei der Beschreibung der durch die Licht-Materie-Wechselwirkung erzeugten Dynamik, wodurch viele experimentell beobachtete Resultate reproduziert werden konnten. Bei den durch die neuen Strahlungsqullen erzeugten bisher unerreichten Intensitäten und Rönten-Wellenlängen kann die Dipolnäherung allerdings zusammenbrechen. Höhere Multipol-Wechselwirkungen, die mit dem Strahlungsdruck assoziiert werden, sollten dann erwartungsgemäß wichtig zur genauen Beschreibung der Wechselwirkungsdynamiken werden. In dieser Arbeit wird eine Methode zur Lösung der nichtrelativistischen zeitabhängigen Schrödingergleichung zur Beschreibung von Systemen mit einem einzelnen aktiven Elektron, das mit einem Laserfeld wechselwirkt, über die Dipolnäherung hinausgehend erweitert. Dabei wird sowohl die Taylor- als auch die Rayleight-Multipolentwicklung des Retardierungsterms ebener Wellen verwendet. Es wird erwartet, dass die Berücksichtigung höherer Ordnungen der Multipolwechselwirkung zu einer erhöhten Genauigkeit und Richtigkeit der Resultate führen. Weiterhin wird gezeigt, dass die Rayleigh-Multipolentwicklung für gleiche Laserparameter genauer ist und schneller zur Konvergenz der numerischen Rechnung führt. Die nicht-Dipoleffekte spiegeln is sowohl in den differentiellen als auch den totalen Ionisierungswahrscheinlichkeiten in Form von erhöhten Ionisierungsausbeuten, verzerrten ATI Strukturen und einer Asymmetrie in der Photoelektronenwinkelverteilung in der Polarisations und Propagationsrichtung wider. Es wird beobachtet, dass die nicht-Dipoleffekte mit der Intensität, Wellenlänge und Pulsdauer zunehmen. Es werden Ergebnisse sowohl für das Wasserstoffatom als auch das Heliumatom gezeigt. / The development of free-electron lasers and new generation light sources is enabling the realisation of high intensities and short pulse durations. In the weak-field intensity regime, the electric dipole approximation has been quite successful in describing the light-matter interaction dynamics reproducing many of the experimentally observed features. But at the unprecedented intensities and x-ray wavelengths produced by the new light sources, the electric dipole approximation is likely to break down. The role of higher multipole-order terms in the interaction Hamiltonian, associated with the radiation pressure, is then expected to become important in the accurate description of the interaction dynamics. This study extends the solution of the non-relativistic time dependent Schrödinger equation for a single active electron system interacting with short intense laser pulses beyond the standard dipole approximation. This is realized using both the Taylor and the Rayleigh plane-wave multipole expansion series of the spatial retardation term. The inclusion of higher multipole-order terms of the interaction is expected to increase the validity and accuracy of the calculated observables relative to the experimental measurements. In addition, it is shown that for equivalent laser parameters the Rayleigh multipole expansion series is more accurate and efficient in numerical convergence. The investigated non-dipole effects manifest in both differential and total ionization probabilities in form of the increased ion yields, the distorted above-threshold-ionization structure, and asymmetry of the photoelectron angular distribution in both polarization and propagation directions. The non-dipole effects are seen to increase with intensity, wavelength, and pulse duration. The results for hydrogen as well as helium atom are presented in this study.