يعد تسريع مجال الاستيقاظ بالليزر (LWFA) وسيلة مهمة للتسريع تميزه عن تسريع التردد اللاسلكي التقليدي للجسيمات ، ويمكن لـ LWFA توليد تدرجات تسريع من GeV / cm ، والتي من المتوقع أن تقلل بشكل كبير من حجم وتكلفة دواسات الغاز وتمكين المعالجة الكثبية: يحول LWFA الطاقة الضوئية لنبضة الليزر إلى الطاقة الحركية للإلكترونات المتسارعة. طاقة الإلكترون المطلوبة للتطبيقات الطبية هي عشرات إلى مئات keV ، وهو ما يقابل كثافة تركيز ليزر تبلغ 1014 واط / سم 2 أو أكثر ، وإذا كان قطر التركيز 20 ميكرومتر ، فإن ذروة طاقة الليزر تحتاج إلى الوصول إلى مستوى جيجاوات.
في هذا العدد ، تم تقديم مقالة مراجعة نُشرت في عام 2022 [1] لمناقشة تقنية ليزر الألياف فائق السرعة وتقنية توصيل النبض القوية اللازمة لـ LWFA لعلاج السرطان. في LWFA بالتنظير الداخلي كما هو موضح في الشكل 1 ، تثير نبضات الفيمتوثانية عالية الطاقة الأنابيب النانوية الكربونية ذات الحالة الصلبة ، ويكون مجال تنبيه الليزر بكثافة عالية من LWFA ، حيث يمكن تسريع الإلكترونات إلى عشرات إلى مئات من keV ، وهو ما يكفي تدمير الخلايا السرطانية دون إتلاف الأنسجة السليمة.
في ليزر الألياف فائق السرعة ، يتم إرسال ضوء الإشارة وضوء المضخة في الألياف كموجات موجهة مع مسافات عمل طويلة ، والتي ، جنبًا إلى جنب مع نسبة السطح إلى الحجم العالية للألياف ، تجعل من السهل تعزيز متوسط قوة ليزر الألياف. عادةً ما تستخدم أنظمة ليزر الألياف فائقة السرعة ذات القدرة العالية الذروة بنية مذبذب رئيسي ومضخم طاقة (MOPA) ، حيث يوفر مذبذب ليفي فائق السرعة نبضات بذرة ثابتة في نطاق الفيمتوثانية أو البيكو ثانية. لمواجهة تحديات التلف غير الخطي والمواد ، تستخدم ليزرات الألياف فائقة السرعة عالية الطاقة عادةً تقنية تضخيم النبضات النحيفة (CPA) وألياف منطقة الوضع الكبيرة (LMA).
يتم زيادة قوة الذروة لليزر من عشرات أو مئات ميغاوات إلى مستويات جيجاوات. تحيط نقاط البيانات المثلثية الزرقاء بخط الكثافة بالقرب من 10 جيجاوات / سم 2 ، مما يعكس القيود التي يفرضها تراكم الطور غير الخطي. لتحقيق طاقة ذروة أعلى ، يمكن استخدام شعاع متماسك يجمع (CBC) لمثيرات ألياف فائقة السرعة متعددة.
في تطبيقات التنظير الداخلي ، يمكن استخدام الألياف المجوفة كقناة مرنة لتوصيل نبضات الليزر بقدرة ذروة جيجاوات إلى جهاز LWFA بالقرب من موقع العلاج. في هذه الحالة ، ينتشر النبض البصري بشكل أساسي في قلب الهواء ، مما يخفف من مشكلة تلف المواد ، بينما يتم تقليل كل من اللاخطية والتشتت بشكل كبير. تم إثبات أن ألياف قلب الهواء التي يبلغ قطر حقل النمط (MFD) 40 ميكرومتر ونصف قطر الانحناء حوالي 25 سم تنقل نبضات بعرض 500 fs ، وطاقة 500 μJ ، وقوة ذروة تبلغ 1 GW في عام 2016 ، ماتيا ميشيليتو وآخرون. اقترح ليفًا جديدًا مضادًا للرنين (طوله 5 أمتار ، مع MFD يبلغ حوالي 22 ميكرومتر ونصف قطر منحنى يبلغ 16 سم) ، قادر على نقل نبضات البيكو ثانية بمتوسط قدرة تصل إلى 70 واط عند خسارة منخفضة.
في الختام ، فإن تقنية ليزر الألياف فائقة السرعة التي تتطور بسرعة قادرة على توصيل نبضات فيمتوثانية بقدرة ذروة جيجاوات لـ LWFA ، والألياف المجوفة قادرة على نقل مثل هذه النبضات فائقة القصر والقوية. من المتوقع أن يؤدي الجمع بين هاتين التقنيتين إلى تمكين علاج السرطان بالمنظار عالي الكثافة المستند إلى LWFA في المستقبل.
