L'acceleració de camp làser (LWFA) és un mitjà important d'acceleració que la distingeix de l'acceleració de RF convencional de partícules. L'LWFA pot generar gradients d'acceleració de GeV/cm, que s'espera que redueixin significativament la mida i el cost dels pedals de gas i permetin braquiteràpia.LWFA converteix LWFA converteix l'energia lluminosa d'un pols làser en l'energia cinètica dels electrons accelerats. L'energia d'electrons necessària per a aplicacions mèdiques és de desenes a centenars de keV, que correspon a una intensitat d'enfocament làser de 1014 W/cm2 o més, i si el diàmetre d'enfocament és de 20 μm, la potència màxima del làser ha d'arribar al nivell de gigawatts.
En aquest número, es presenta un article de revisió publicat el 2022 [1] per discutir la tecnologia làser de fibra ultra ràpida i la tecnologia de lliurament de polsos forts necessària per a LWFA per al tractament del càncer. En LWFA endoscòpic, tal com es mostra a la figura 1, els polsos de femtosegons d'alta potència exciten nanotubs de carboni d'estat sòlid, i el camp d'estela làser té una alta densitat de LWFA, on els electrons es poden accelerar a desenes o centenars de keV, que és suficient per destruir les cèl·lules canceroses sense danyar el teixit sa.
En els làsers de fibra ultraràpida, la llum de senyal i la llum de bomba es transmeten a la fibra com a ones guiades amb llargues distàncies d'acció, cosa que, juntament amb l'alta relació superfície-volum de la fibra, facilita l'augment de la potència mitjana de la fibra. làser de fibra. Els sistemes làser de fibra ultraràpida d'alta potència solen emprar una arquitectura mestre-oscil·lador-amplificador de potència (MOPA), en la qual un oscil·lador de fibra ultraràpida proporciona polsos de llavors estables en el rang de femtosegons o picosegons. Per abordar els reptes de la no linealitat i els danys materials, els làsers de fibra ultraràpida d'alta potència solen emprar tecnologia d'amplificació de pols xirpat (CPA) i fibres d'àrea de mode gran (LMA).
La potència màxima del làser augmenta de desenes o centenars de megawatts a nivells de gigawatts. Els punts de dades triangulars blaus envolten la línia d'intensitat prop de 10 GW/cm2, reflectint les limitacions imposades per l'acumulació de fases no lineals. Per aconseguir una potència màxima més alta, es pot utilitzar la combinació de feix coherent (CBC) de múltiples excitadors de fibra ultraràpida.
En aplicacions endoscòpiques, es pot utilitzar una fibra de nucli buit com a canal flexible per lliurar polsos làser de potència màxima de gigawatts al dispositiu LWFA a prop del lloc de tractament. En aquest cas, el pols òptic es propaga principalment al nucli d'aire, mitigant el problema dels danys materials, mentre que tant la no linealitat com la dispersió es redueixen molt. S'ha demostrat que les fibres de nucli d'aire amb un diàmetre de camp mode (MFD) de 40 μm i un radi de flexió d'uns 25 cm transmeten polsos amb una amplada de 500 fs, una energia de 500 μJ i una potència màxima d'1 GW. .L'any 2016, Mattia Michieletto et al. va proposar una nova fibra de nucli d'aire anti-ressonant (longitud de 5 m, amb un MFD d'uns 22 μm i un radi de curvatura de 16 cm), capaç de transmetre polsos de picosegundo amb una potència mitjana de fins a 70 W amb pèrdues baixes.
En conclusió, la tecnologia làser de fibra ultraràpida de desenvolupament ràpid és capaç de lliurar polsos de femtosegons amb una potència màxima de gigawatts per a LWFA, i les fibres de nucli buit són capaços de transmetre polsos ultracurts i ultrapoders. S'espera que la combinació d'aquestes dues tecnologies permeti el tractament del càncer endoscòpic basat en LWFA d'alta densitat en el futur.
