In der Arbeit haben wir die Grenzen der weit verbreiteten tomographischen Rekonstruktion von 3D-Proben mittels Transmissionsröntgenmikroskopie charakterisiert. Wir zeigen, dass die 3D-Auflösung mit diesem Ansatz durch die Schärfentiefe begrenzt ist. Zur Untersuchung von Alternativen führten wir Simulationen zur Bildentstehung in einem konfokalen Röntgenmikroskop und einem FIB-SXM durch. Wir zeigen, dass FIB-SXM ein vielversprechender Ansatz ist, der eine isotrope 3D-Aulösung um die 10 nm erreichen kann und zusätzlich ein drastisch verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis bieten könnte. Wir stellen auch eine neue Holographiemethode vor, die sich für Vollfeldabbildungen mit kurzen kohärenten Röntgenpulsen als vorteilhaft erweisen und neue Einsichten in die ultraschnelle Physik liefern könnte. / We have characterized the limitations of the most powerful and widely used 3D X-ray imaging approach, transmission X-ray microscopy with tomographic reconstruction. We show that 3D resolution in this approach is limited by the depth of field. To investigate alternatives, we perform simulations of a confocal transmission X-ray microscope and a FIB-SXM. We show that FIB-SXM is a very promising approach that could o er 3D isotropic resolution at 10 nm with dramatically improved signal to noise. We also introduce a new holography method that could prove bene cial for full eld imaging with short coherent X-ray pulses and yield new insights into ultrafast physics.

Um die zu erwartenden Eigenschaften einer ERLbasierten Synchrotronstrahlungsquelle zu untersuchen, baut das Helmholtz Zentrum Berlin die Testanlage bERLinPro. Die Strahlenergie in diesem Testbeschleuniger beträgt Ekin = 50MeV bei einem Strom von 100 mA. Solch ein hochstromiger Elektronenstrahl im mittleren Bereich der kinetischen Energie ist Raumladungskräften unterworfen. Raumladungskräfte sind eine Quelle von Microbunching Instabilität, die zu einer Dichtemodulation in einer Elektronenverteilung führen kann. Eine solch modulierte Verteilung kann z.B. beim Durchgang durch einen Dipol kohärente, hochbrillante Synchrotronstrahlung emittieren, also Strahlung mit längeren Wellenlängen als die Verteilung. Im Rahmen dieser Arbeit wird sowohl das Auftreten, als auch die Einsatzmöglichkeit von Microbunching Instabilität in bERLinPro untersucht. Es ist geplant, bERLinPro bei zwei verschiedenen Betriebsarten (normaler Betriebsmodus und KurzPulsModus) zu betreiben. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zum ersten Mal nummerische Simulationen des Testbeschleunigers von dessen Anfang bis dessen Ende durchgeführt, die sowohl von analytischen Rechnungen unterstützt als auch mit ihnen verglichen wurden. Ausführlich werden sowohl der Simulationscode, das Programm zur Nachbearbeitung der nummerischen Untersuchungen als auch ein SigmamatrixTrackingSkript beschrieben. Dieses dient als Basis für analytische Rechnungen, dass zusätzlich auch Impedanz Berechnungen und Gain Rechnungen beinhalten. Für den KurzPulsModus können nur analytische Rechnungen betrachtet werden, denn das entsprechende Design der Maschine, wie auch die Anpassung der Phase im Linearbeschleuniger, sind Gegenstand aktueller Untersuchungen. / To investigate the expected properties of an ERLbased synchrotron light source, the Helmholtz Zentrum Berlin (HZB) is building the test facility bERLinPro. The beam energy of the test facility amounts to Ekin = 50MeV at a current of 100 mA. Such a high current electron beam with a medium bunch energy underlies space charge forces. These are a source of microbunching instability which can lead to a density modulation of the electron distribution in the electron bunch. These modulated bunches can emit highbrilliance coherent synchrotron radiation; radiation with wavelengths longer than the bunch, i.e. by passing a dipole. In the framework of this thesis both the occurence and the possible application of microbunching instability are investigated in bERLinPro. Planes are to run bERLinPro in two different operation modes: Standard operation mode and short pulse mode. In the context of this thesis, numerical start-to-end simulations for standard operation mode have been carried out for the first time. Both were compared and supported with analytical calculations. Elaborated descriptions of simulation codes and postprocessing tools for numerical investigation are described, as well as a sigma matrix tracking script as basis for analytical investigation, including impedance and gain calculations. Since current investigations include lattice design and linac phase adjustments for the short pulse mode, only analytical calculation could be considered for this operation mode.