Lazer uyandırma alanı hızlandırması (LWFA), onu parçacıkların geleneksel RF hızlandırmasından ayıran önemli bir hızlandırma aracıdır. LWFA, gaz pedallarının boyutunu ve maliyetini önemli ölçüde azaltması ve etkinleştirmesi beklenen GeV/cm hızlanma gradyanları üretebilir. brakiterapi.LWFA, LWFA'yı bir lazer darbesinin ışık enerjisini hızlandırılmış elektronların kinetik enerjisine dönüştürür. Tıbbi uygulamalar için gereken elektron enerjisi, 1014 W/cm2 veya daha fazla bir lazer odaklama yoğunluğuna karşılık gelen onlarca ila yüzlerce keV'dir ve odaklama çapı 20 μm ise, tepe lazer gücünün gigawatt seviyesine ulaşması gerekir.
Bu sayıda, kanser tedavisi için LWFA için gerekli olan ultra hızlı fiber lazer teknolojisi ve güçlü darbe verme teknolojisini tartışmak için 2022'de yayınlanan bir derleme makalesi [1] sunulmaktadır. Şekil 1'de gösterildiği gibi endoskopik LWFA'da, yüksek güçlü femtosaniye darbeleri katı hal karbon nanotüpleri uyarır ve lazer uyanma alanı, elektronların onlarca ila yüzlerce keV'ye hızlandırılabildiği yüksek bir LWFA yoğunluğundadır, bu da yeterlidir. sağlıklı dokuya zarar vermeden kanser hücrelerini yok eder.
Ultra hızlı fiber lazerlerde, sinyal ışığı ve pompa ışığı, fiberin yüksek yüzey/hacim oranıyla birlikte fiberin ortalama gücünü artırmayı kolaylaştıran, uzun hareket mesafelerine sahip kılavuzlu dalgalar olarak fiberde iletilir. fiber lazer. Yüksek tepe gücüne sahip ultra hızlı fiber lazer sistemleri tipik olarak, bir ultra hızlı fiber osilatörün femtosaniye veya pikosaniye aralığında kararlı tohum darbeleri sağladığı bir ana osilatör-güç yükselticisi (MOPA) mimarisi kullanır. Doğrusal olmama ve malzeme hasarı zorluklarını ele almak için, yüksek güçlü ultra hızlı fiber lazerler tipik olarak chirped-pulse amplification (CPA) teknolojisi ve geniş mod alanlı (LMA) fiberler kullanır.
Lazerin tepe gücü onlarca veya yüzlerce megavattan gigavat seviyelerine çıkarılır. Mavi üçgen veri noktaları, doğrusal olmayan faz birikiminin dayattığı sınırlamaları yansıtan, 10 GW/cm2'ye yakın yoğunluk çizgisini çevreler. Daha yüksek tepe gücü elde etmek için, birden fazla ultra hızlı fiber uyarıcıdan oluşan koherent ışın birleştirme (CBC) kullanılabilir.
Endoskopik uygulamalarda içi boş çekirdekli bir fiber, tedavi bölgesinin yakınındaki LWFA cihazına gigawatt tepe gücünde lazer darbeleri iletmek için esnek bir kanal olarak kullanılabilir. Bu durumda, optik darbe esas olarak hava çekirdeğinde yayılarak malzeme hasarı sorununu azaltırken hem doğrusal olmama durumu hem de dağılım büyük ölçüde azaltılır. 40 μm mod alan çapına (MFD) ve yaklaşık 25 cm bükülme yarıçapına sahip hava çekirdekli fiberlerin, 500 fs genişliğinde, 500 μJ enerjide ve 1 GW tepe gücünde darbeler ilettiği gösterilmiştir. .2016 yılında Mattia Michieletto ve ark. düşük kayıpta ortalama 70 W'a kadar ortalama güçle pikosaniye darbelerini iletebilen yeni bir anti-rezonans hava çekirdekli fiber (5 m uzunluğunda, yaklaşık 22 μm MFD ve 16 cm bükülme yarıçapı) önerdi.
Sonuç olarak, hızla gelişen ultra hızlı fiber lazer teknolojisi, LWFA için gigawatt tepe gücüne sahip femtosaniye darbeleri iletme yeteneğine sahiptir ve içi boş çekirdekli fiberler, bu tür ultra kısa ve ultra güçlü darbeleri iletebilir. Bu iki teknolojinin kombinasyonunun gelecekte yüksek yoğunluklu LWFA tabanlı endoskopik kanser tedavisine olanak sağlaması bekleniyor.
