Ускорение лазерного кильватерного поля (LWFA) является важным средством ускорения, которое отличает его от обычного РЧ-ускорения частиц. LWFA может генерировать градиенты ускорения в ГэВ/см, что, как ожидается, значительно уменьшит размер и стоимость педалей газа и позволит brachytherapy.LWFA преобразует LWFA преобразует световую энергию лазерного импульса в кинетическую энергию ускоренных электронов. Энергия электронов, необходимая для медицинских применений, составляет от десятков до сотен кэВ, что соответствует интенсивности фокусировки лазера 1014 Вт/см2 или более, а если диаметр фокусировки составляет 20 мкм, пиковая мощность лазера должна достигать уровня гигаватт.
В этом выпуске представлена обзорная статья, опубликованная в 2022 году [1], в которой обсуждаются технология сверхбыстрого волоконного лазера и технология доставки мощных импульсов, необходимые для LWFA для лечения рака. В эндоскопическом LWFA, как показано на рисунке 1, мощные фемтосекундные импульсы возбуждают твердотельные углеродные нанотрубки, а кильватерное поле лазера имеет высокую плотность LWFA, где электроны могут быть ускорены до десятков и сотен кэВ, что достаточно для разрушают раковые клетки, не повреждая здоровые ткани.
В сверхбыстрых волоконных лазерах сигнальный свет и свет накачки передаются по волокну в виде направленных волн с большими расстояниями действия, что вместе с высоким отношением площади поверхности к объему волокна облегчает увеличение средней мощности излучения. волоконный лазер. Сверхбыстрые волоконные лазерные системы с высокой пиковой мощностью обычно используют архитектуру задающий генератор-усилитель мощности (MOPA), в которой сверхбыстрый волоконный генератор обеспечивает стабильные затравочные импульсы в фемтосекундном или пикосекундном диапазоне. Для решения проблем нелинейности и повреждения материалов в мощных сверхбыстрых волоконных лазерах обычно используется технология усиления чирпированных импульсов (CPA) и волокна с большой площадью моды (LMA).
Пиковая мощность лазера увеличивается с десятков или сотен мегаватт до уровня гигаватт. Синие треугольные точки данных окружают линию интенсивности около 10 ГВт/см2, отражая ограничения, накладываемые нелинейным накоплением фазы. Для достижения более высокой пиковой мощности можно использовать когерентное объединение лучей (CBC) нескольких сверхбыстрых волоконных возбудителей.
В эндоскопических приложениях волокно с полой сердцевиной может использоваться в качестве гибкого канала для доставки лазерных импульсов гигаваттной пиковой мощности к устройству LWFA вблизи места лечения. В этом случае оптический импульс распространяется в основном в воздушной сердцевине, что снижает проблему повреждения материала, а нелинейность и дисперсия значительно снижаются. Было показано, что волокна с воздушной сердцевиной с диаметром поля моды (MFD) 40 мкм и радиусом изгиба около 25 см передают импульсы шириной 500 фс, энергией 500 мкДж и пиковой мощностью 1 ГВт. .В 2016 году Mattia Michieletto et al. предложил новое антирезонансное волокно с воздушной сердцевиной (длина 5 м, с MFD около 22 мкм и радиусом изгиба 16 см), способное передавать пикосекундные импульсы со средней мощностью до 70 Вт с малыми потерями.
В заключение, быстро развивающаяся технология сверхбыстрых волоконных лазеров способна передавать фемтосекундные импульсы с гигаваттной пиковой мощностью для LWFA, а полые волокна способны передавать такие ультракороткие и сверхмощные импульсы. Ожидается, что комбинация этих двух технологий позволит в будущем проводить эндоскопическое лечение рака на основе LWFA высокой плотности.
