Laser-herätyskenttäkiihdytys (LWFA) on tärkeä kiihdytyskeino, joka erottaa sen tavanomaisesta hiukkasten RF-kiihdytyksestä. LWFA voi tuottaa kiihtyvyysgradientteja GeV/cm, minkä odotetaan pienentävän merkittävästi kaasupolkimien kokoa ja kustannuksia ja mahdollistavat sen brakyterapia.LWFA muuntaa LWFA muuntaa laserpulssin valoenergian kiihdytettyjen elektronien kineettiseksi energiaksi. Lääketieteellisissä sovelluksissa tarvittava elektronienergia on kymmenistä satoihin keV, mikä vastaa laserin tarkennusintensiteettiä 1014 W/cm2 tai enemmän, ja jos tarkennushalkaisija on 20 μm, laserin huipputehon tulee saavuttaa gigawattitaso.
Tässä numerossa esitetään vuonna 2022 julkaistu katsausartikkeli [1], jossa käsitellään ultranopeaa kuitulaserteknologiaa ja vahvaa pulssinantotekniikkaa, jota tarvitaan LWFA:lle syövän hoidossa. Endoskooppisessa LWFA:ssa, kuten kuvassa 1 on esitetty, suuritehoiset femtosekuntipulssit herättävät kiinteän olomuodon hiilinanoputkia, ja laserherätyskenttä on suurella LWFA-tiheydellä, jossa elektronit voidaan kiihdyttää kymmeniin tai satoihin keV:iin, mikä riittää tuhota syöpäsoluja vahingoittamatta tervettä kudosta.
Ultranopeissa kuitulasereissa signaalivalo ja pumppuvalo välittyvät kuidussa ohjattuina aaltoina pitkillä toimintaetäisyyksillä, mikä yhdessä kuidun korkean pinta-tilavuussuhteen kanssa helpottaa kuidun keskimääräisen tehon nostamista. kuitu laser. Suuritehoiset ultranopeat kuitulaserjärjestelmät käyttävät tyypillisesti master-oscillator-power-amplifier (MOPA) -arkkitehtuuria, jossa ultranopea kuituoskillaattori tuottaa stabiileja siemenpulsseja femtosekuntien tai pikosekundien alueella. Epälineaarisuuden ja materiaalivahinkojen aiheuttamiin haasteisiin vastaamiseksi suuritehoiset ultranopeat kuitulaserit käyttävät tyypillisesti chirped-pulse amplification (CPA) -tekniikkaa ja suuren tilan (LMA) kuituja.
Laserin huipputeho nostetaan kymmenistä tai sadoista megawateista gigawattitasolle. Siniset kolmiomaiset datapisteet ympäröivät intensiteettiviivaa lähellä 10 GW/cm2, mikä kuvastaa epälineaarisen vaihekertymän asettamia rajoituksia. Suuremman huipputehon saavuttamiseksi voidaan käyttää useiden ultranopeiden kuitujen virittimien koherenttia säteen yhdistämistä (CBC).
Endoskooppisissa sovelluksissa onttoytimistä kuitua voidaan käyttää joustavana kanavana toimittamaan gigawatin huipputehoisia laserpulsseja LWFA-laitteeseen hoitokohdan lähellä. Tässä tapauksessa optinen pulssi etenee pääasiassa ilmaytimessä, mikä vähentää materiaalivaurion ongelmaa, kun taas sekä epälineaarisuus että dispersio vähenevät huomattavasti. Ilmaydinkuidut, joiden tilakentän halkaisija (MFD) on 40 μm ja taivutussäde noin 25 cm, on osoitettu lähettävän pulsseja, joiden leveys on 500 fs, energia 500 μJ ja huipputeho 1 GW. .Vuonna 2016 Mattia Michieletto et al. ehdotti uutta anti-resonanssia ilmaydinkuitua (pituus 5 m, MFD noin 22 μm ja taivutussäde 16 cm), joka pystyy lähettämään pikosekunnin pulsseja keskiteholla jopa 70 W pienellä häviöllä.
Yhteenvetona voidaan todeta, että nopeasti kehittyvä ultranopea kuitulasertekniikka pystyy tuottamaan femtosekunnin pulsseja gigawatin huipputeholla LWFA:lle, ja onttoytimiset kuidut kykenevät lähettämään tällaisia ultralyhyitä ja erittäin tehokkaita pulsseja. Näiden kahden teknologian yhdistelmän odotetaan mahdollistavan korkean tiheyden LWFA-pohjaisen endoskooppisen syövän hoidon tulevaisuudessa.
