Ubrzanje laserskog probudnog polja (LWFA) važno je sredstvo ubrzanja koje ga razlikuje od konvencionalnog RF ubrzanja čestica. LWFA može generirati gradijente ubrzanja od GeV/cm, za koje se očekuje da će značajno smanjiti veličinu i cijenu papučica za gas i omogućiti brahiterapija.LWFA pretvara LWFA pretvara svjetlosnu energiju laserskog pulsa u kinetičku energiju ubrzanih elektrona. Energija elektrona potrebna za medicinske primjene je nekoliko desetaka do stotina keV, što odgovara intenzitetu fokusiranja lasera od 1014 W/cm2 ili više, a ako je promjer fokusiranja 20 μm, vršna snaga lasera mora doseći razinu gigavata.
U ovom broju predstavljen je pregledni članak objavljen 2022. [1] u kojem se raspravlja o ultrabrzoj laserskoj tehnologiji s vlaknima i tehnologiji snažne isporuke pulsa potrebnih za LWFA za liječenje raka. U endoskopskoj LWFA kao što je prikazano na slici 1, femtosekundni impulsi velike snage pobuđuju ugljikove nanocijevi u čvrstom stanju, a lasersko probudno polje je pri visokoj gustoći LWFA, gdje se elektroni mogu ubrzati na desetke do stotine keV, što je dovoljno za uništavaju stanice raka bez oštećenja zdravog tkiva.
U ultrabrzim vlaknastim laserima signalno svjetlo i svjetlo pumpe prenose se u vlaknu kao vođeni valovi s velikim udaljenostima djelovanja, što, zajedno s visokim omjerom površine i volumena vlakna, olakšava povećanje prosječne snage vlaknasti laser. Laserski sustavi s ultrabrzim vlaknima velike vršne snage obično koriste arhitekturu glavnog oscilatora i pojačala snage (MOPA), u kojoj oscilator s ultrabrzim vlaknima daje stabilne početne impulse u femtosekundnom ili pikosekundnom rasponu. Kako bi odgovorili na izazove nelinearnosti i materijalne štete, laseri s ultrabrzim vlaknima velike snage obično koriste tehnologiju pojačanja chirped-pulse (CPA) i vlakna velikog modalnog područja (LMA).
Vršna snaga lasera povećava se s desetaka ili stotina megavata na razine gigavata. Plave trokutaste podatkovne točke okružuju liniju intenziteta blizu 10 GW/cm2, odražavajući ograničenja nametnuta nelinearnom akumulacijom faze. Kako bi se postigla veća vršna snaga, može se koristiti koherentno kombiniranje snopa (CBC) višestrukih pobudnika ultrabrzih vlakana.
U endoskopskim primjenama, vlakno sa šupljom jezgrom može se koristiti kao fleksibilni kanal za isporuku laserskih impulsa vršne snage gigavata do LWFA uređaja u blizini mjesta liječenja. U ovom slučaju, optički puls se širi uglavnom u zračnoj jezgri, ublažavajući problem materijalne štete, dok su i nelinearnost i disperzija uvelike smanjeni. Pokazalo se da vlakna sa zračnom jezgrom s promjerom modnog polja (MFD) od 40 μm i polumjerom savijanja od oko 25 cm prenose impulse širine 500 fs, energije od 500 μJ i vršne snage od 1 GW .2016. Mattia Michieletto i sur. predložio je novo antirezonantno vlakno sa zračnom jezgrom (dužine 5 m, s MFD-om od oko 22 μm i radijusom savijanja od 16 cm), sposobno odašiljati pikosekundne impulse prosječne snage do 70 W uz male gubitke.
Zaključno, laserska tehnologija s ultrabrzim vlaknima koja se brzo razvija sposobna je isporučiti femtosekundne impulse s vršnom snagom od gigavata za LWFA, a vlakna sa šupljom jezgrom sposobna su odašiljati takve ultrakratke i ultra-snažne impulse. Očekuje se da će kombinacija ove dvije tehnologije u budućnosti omogućiti endoskopsko liječenje raka visoke gustoće temeljeno na LWFA.
