Laser-wake-field-versnelling (LWFA) is een belangrijk versnellingsmiddel dat het onderscheidt van conventionele RF-versnelling van deeltjes. LWFA kan versnellingsgradiënten van GeV/cm genereren, wat naar verwachting de grootte en kosten van gaspedalen aanzienlijk zal verminderen en mogelijk zal maken brachytherapie.LWFA zet om LWFA zet de lichtenergie van een laserpuls om in de kinetische energie van de versnelde elektronen. De elektronenenergie die nodig is voor medische toepassingen is tientallen tot honderden keV, wat overeenkomt met een laserfocusseringsintensiteit van 1014 W/cm2 of meer, en als de focusseringsdiameter 20 μm is, moet het pieklaservermogen het gigawatt-niveau bereiken.
In dit nummer wordt een in 2022 gepubliceerd overzichtsartikel [1] gepresenteerd om de ultrasnelle fiberlasertechnologie en krachtige pulsafgiftetechnologie te bespreken die nodig zijn voor LWFA voor de behandeling van kanker. In endoscopische LWFA, zoals weergegeven in figuur 1, exciteren krachtige femtosecondepulsen koolstofnanobuisjes in vaste toestand, en het laserwakeveld heeft een hoge dichtheid van LWFA, waar elektronen kunnen worden versneld tot tientallen tot honderden keV, wat voldoende is om kankercellen vernietigen zonder gezond weefsel te beschadigen.
Bij ultrasnelle fiberlasers worden het signaallicht en het pomplicht in de fiber overgedragen als geleide golven met lange actieafstanden, wat het, samen met de hoge oppervlakte-volumeverhouding van de fiber, gemakkelijker maakt om het gemiddelde vermogen van de fiber te verhogen. fiber laser. Ultrasnelle fiberlasersystemen met een hoog piekvermogen maken typisch gebruik van een master-oscillator-power-amplifier (MOPA)-architectuur, waarin een ultrasnelle fiberoscillator stabiele kiempulsen levert in het femtoseconde- of picosecondebereik. Om de uitdagingen van niet-lineariteit en materiële schade aan te pakken, maken krachtige ultrasnelle fiberlasers doorgaans gebruik van chirped-pulse amplification (CPA)-technologie en large mode area (LMA)-vezels.
Het piekvermogen van de laser wordt verhoogd van tientallen of honderden megawatts naar gigawattniveaus. De blauwe driehoekige gegevenspunten omringen de intensiteitslijn in de buurt van 10 GW/cm2 en weerspiegelen de beperkingen die worden opgelegd door niet-lineaire faseaccumulatie. Om een hoger piekvermogen te bereiken, kan coherente bundelcombinatie (CBC) van meerdere ultrasnelle vezelopwekkers worden gebruikt.
Bij endoscopische toepassingen kan een vezel met holle kern worden gebruikt als een flexibel kanaal om laserpulsen met een piekvermogen van gigawatt af te geven aan het LWFA-apparaat in de buurt van de behandelingslocatie. In dit geval verspreidt de optische puls zich voornamelijk in de luchtkern, waardoor het probleem van materiële schade wordt verminderd, terwijl zowel niet-lineariteit als dispersie sterk worden verminderd. Luchtkernvezels met een modusvelddiameter (MFD) van 40 μm en een buigradius van ongeveer 25 cm blijken pulsen uit te zenden met een breedte van 500 fs, een energie van 500 μJ en een piekvermogen van 1 GW .In 2016 hebben Mattia Michieletto et al. stelde een nieuwe anti-resonante luchtkernvezel voor (lengte van 5 m, met een MFD van ongeveer 22 μm en een buigradius van 16 cm), die picosecondepulsen kan verzenden met een gemiddeld vermogen tot 70 W bij laag verlies.
Concluderend, de zich snel ontwikkelende ultrasnelle fiberlasertechnologie is in staat om femtoseconde pulsen te leveren met gigawatt piekvermogen voor LWFA, en holle kernvezels zijn in staat om zulke ultrakorte en ultrakrachtige pulsen over te brengen. De combinatie van deze twee technologieën zal naar verwachting in de toekomst high-density LWFA-gebaseerde endoscopische kankerbehandeling mogelijk maken.
