Laser-våknefeltakselerasjon (LWFA) er et viktig akselerasjonsmiddel som skiller det fra konvensjonell RF-akselerasjon av partikler. LWFA kan generere akselerasjonsgradienter på GeV/cm, noe som forventes å redusere størrelsen og kostnadene til gasspedalene betydelig og muliggjøre brachytherapy.LWFA konverterer LWFA konverterer lysenergien til en laserpuls til den kinetiske energien til de akselererte elektronene. Elektronenergien som kreves for medisinske applikasjoner er titalls til hundrevis av keV, tilsvarende en laserfokuseringsintensitet på 1014 W/cm2 eller mer, og hvis fokuseringsdiameteren er 20 μm, må topplasereffekten nå gigawattnivået.
I denne utgaven presenteres en oversiktsartikkel publisert i 2022 [1] for å diskutere ultrarask fiberlaserteknologi og sterk pulsleveringsteknologi som kreves for LWFA for kreftbehandling. I endoskopisk LWFA, som vist i figur 1, eksiterer femtosekundpulser med høy effekt faststoff-karbon-nanorør, og laserens våknefelt har en høy tetthet av LWFA, hvor elektroner kan akselereres til titalls til hundrevis av keV, som er tilstrekkelig til å ødelegge kreftceller uten å skade sunt vev.
I ultraraske fiberlasere overføres signallyset og pumpelyset i fiberen som guidede bølger med lange aksjonsavstander, som sammen med fiberens høye overflate-til-volum-forhold gjør det lettere å øke den gjennomsnittlige kraften til fiberen. fiber laser. Ultraraske fiberlasersystemer med høy toppeffekt bruker vanligvis en master-oscillator-power-amplifier (MOPA)-arkitektur, der en ultrarask fiberoscillator gir stabile frøpulser i femtosekund- eller pikosekundområdet. For å møte utfordringene med ikke-linearitet og materiell skade, bruker høyeffekt ultraraske fiberlasere vanligvis chirped-pulse amplification (CPA)-teknologi og fibre med stort modusområde (LMA).
Toppeffekten til laseren økes fra titalls eller hundrevis av megawatt til gigawattnivåer. De blå trekantede datapunktene omgir intensitetslinjen nær 10 GW/cm2, noe som gjenspeiler begrensningene pålagt av ikke-lineær faseakkumulering. For å oppnå høyere toppeffekt kan koherent strålekombinering (CBC) av flere ultraraske fibereksitere brukes.
I endoskopiske applikasjoner kan en hulkjernefiber brukes som en fleksibel kanal for å levere laserpulser med gigawatt toppeffekt til LWFA-enheten nær behandlingsstedet. I dette tilfellet forplanter den optiske pulsen seg hovedsakelig i luftkjernen, og reduserer problemet med materiell skade, mens både ikke-linearitet og spredning reduseres kraftig. Luftkjernefibre med en modusfeltdiameter (MFD) på 40 μm og en bøyeradius på ca. 25 cm har vist seg å overføre pulser med en bredde på 500 fs, en energi på 500 μJ og en toppeffekt på 1 GW .I 2016, Mattia Michieletto et al. foreslått en ny anti-resonant luftkjernefiber (lengde på 5 m, med en MFD på ca. 22 μm og en bøyeradius på 16 cm), i stand til å overføre pikosekundpulser med en gjennomsnittlig effekt på opptil 70 W med lavt tap.
Som konklusjon er den raskt utviklende ultraraske fiberlaserteknologien i stand til å levere femtosekundpulser med gigawatt toppeffekt for LWFA, og hulkjernefibre er i stand til å overføre slike ultrakorte og ultrakraftige pulser. Kombinasjonen av disse to teknologiene forventes å muliggjøre LWFA-basert endoskopisk kreftbehandling med høy tetthet i fremtiden.
