JETP Letters (Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters)JETP Letters (Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters)Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики0370-274X3034-5766The Russian Academy of Sciences69720710.7868/S3034576625110157ArticlesСтатьиReview ArticleNekotorye fundamental'nye i prikladnye aspekty sluchaynoy lazernoy generatsii (Minmobzor)Некоторые фундаментальные и прикладные аспекты случайной лазерной генерации (Минмобзор)KudryavtsevaA. DКудрявцеваА. ДMironovaT. VМироноваТ. Вmironovaty@lebedev.ruShevchenkoM. AШевченкоМ. АChernegaN. VЧернегаН. ВUmanskayaS. FУманскаяС. ФФизический институт им. П. Н. Лебедева РАН151120251229-10VOL 122, NO9-10 (2025)ТОМ 122, №9-10 (2025)62763929112025Copyright ©; 2025, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2025, Российская академия наук2025Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0370-274X/article/view/697207

В данной статье представлен обзор последних достижений в области случайной лазерной генерации в пространственно-неоднородных системах. Основное внимание уделяется случайным рамановским лазерам, генерации второй гармоники и генерации многофотонно-возбуждаемого лазерного излучения. В статье рассматриваются как фундаментальные принципы случайной лазерной генерации, так и наиболее интересные практические приложения, в частности, связанные с использованием случайных лазеров в качестве источников излучения для получения высококачественных изображений без спеклов, а также с медицинскими приложениями для диагностики и терапии. Также представлены недавние экспериментальные результаты авторов, в частности, по временным характеристикам случайного рамановского лазерного излучения.

В данной статье представлен обзор последних достижений в области случайной лазерной генерации в пространственно-неоднородных системах. Основное внимание уделяется случайным рамановским лазерам, генерации второй гармоники и генерации многофотонно-возбуждаемого лазерного излучения. В статье рассматриваются как фундаментальные принципы случайной лазерной генерации, так и наиболее интересные практические приложения, в частности, связанные с использованием случайных лазеров в качестве источников излучения для получения высококачественных изображений без спеклов, а также с медицинскими приложениями для диагностики и терапии. Также представлены недавние экспериментальные результаты авторов, в частности, по временным характеристикам случайного рамановского лазерного излучения.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант # 19-79-30086-П)A. Yariv, Quantum Electronics, 3rd edition, Wiley, N.Y. (2020).O. Svelto, Principles of lasers, Springer, N. Y. (2010), v. 1, p. 52.W. T. Silfvast and P. J. H. Tjossem, Am. J. Phys. 65, 932 (1997); doi: 10.1119/1.18690.A. L. Shawlow and C. H. Townes, Phys. Rev. 112(6), 1940 (1958); doi: 10.1103/PhysRev.112.1940.N. G. Basov and A. M. Prokhorov, JETP 27, 431 (1954).T. H. Maiman, Nature 4736, 493 (1960).A. Javan, W. R. Bennett, and D. R. Herriott, Phys. Rev. Lett. 6(3), 106 (1961).E. Snitzer and R. Woodcock, Appl. Phys. Lett. 6(3), 45 (1965); doi: 10.1063/1.1754157.R. N. Hall, Solid State Electron. 6, 405 (1963); doi: 10.1016/0038-1101(63)90024-8.R. V. Ambartsumyan, N. G. Basov, P. G. Kryukov, and V. S. Letokhov, IEEE J. Quantum Electron. QE-2(9), 442 (1966).V. S. Letokhov, Sov. Phys. JETP 26, 835 (1967).R. V. Ambartsumyan, N. G. Basov, P. G. Kryukov, and V. S. Letokhov, Prog. Quantum Electron. 107 (1970).G. V. Peregudov, E. N. Ragozin, and V. A. Chirkov, Sov. JETP 63, 421 (1972).V. M. Markushev, V. F. Zolin and Ch. M. Briskina, Sov. J. Quantum Electron. 13, 427 (1986).N. M. Lawandy, R. M. Balachandran, A. S. L. Gomes, and E. Sauvain, Nature 368, 436 (1994).N. M. Lawandy, R. M. Balachandran, and A. Lagendijk, Nature 373(6511), 204 (1995).D. S. Wiersma, P. Bartolini, A. Lagendijk, and R. Righini, Nature 390(6661), 671 (1997).H. Cao, Y. G. Zhao, S. T. Ho, E. W. Seelig, Q. H. Wang, and R. P. H. Chang, Phys. Rev. Lett. 82, 2278 (1999).H. Cao, J. Phys. A. Math. Gen. 38, 10497 (2005); doi: 10.1088/0305-4470/38/49/004.A. N. Azmi, W. Z. W. Ismail, H. A. Hassan, M. M. Halim, N. Zainal, O. L. Muskens, and W. M. W. A. Kamil, ACS Sensors 7(14), 914 (2022).A. S. L. Gomes, A. L. Moura, C. B. de Araujo, and E. P. Raposo, Progress in Quantum Electronics 78, 100343 (2021).V. M. Papadakis, A. Stassinopoulos, D. Anglos, S. H. Anastasiadis, E. P. Giannelis, and D. G. Papazoglou, J. Opt. Soc. Am. B 24(1), 31 (2007).X. Wu and H. Cao, Phys. Rev. A – At. Mol. Opt. Phys. 77, 013832 (2008).R. Corey, M. Kissner, and P. Saulnier, Am. J. Phys. 63, 560 (1995).N. M. Estakhri, N. Mohammadi Estakhri, and T. B. Norris, Sci. Rep. 12(1), 22256 (2022).V. A. Zubov, G. B. Peregudov, M. M. Sushchinskii, V. A. Chirkov, and T. K. Shuvalov, Soviet JETP Lett. 5, 150 (1967).Q. Baudouin, N. Mercadier, V. Guarrera, W. Guerin, and R. Kaiser, Nature Phys. 9, 357 (2013).Y. J. Lee, T. W. Yeh, P. Nagarjuna, C. C. Tseng, and J. Y. Yi, APL Mater. 7, 061105 (2019).X. Li, H. Liu, X. Xu, B. Yang, H. Yuan, J. Guo, F. Sang, and Y. Jin, ACS Appl. Mater. Interfaces 12(8), 10050 (2020).M. Trivedi, D. Saxena, W. K. Ng, R. Sapienza, and G. Volpe, Nature Phys. 18(8), 939 (2022).S. F. Umanskaya, M. A. Shevchenko, N. V. Tcherniega, A. N. Maresev, A. A. Matrokhin, M. A. Karpov, and V. V. Voronova, J. Russ. Laser Res. 44(6), 691 (2023).P. P. Donahue, C. Zhang, N. Nye, J. Miller, C. Y. Wang, R. Tang, D. Christodoulides, C. D. Keating, and Z. Liu, ACS Nano 12, 7343 (2018).C. Y. Tsai, Y. M. Liao, W. C. Liao, W. J. Lin, P. Perumal, H. H. Hu, S. Y. Lin, C. H. Chang, S. Y. Cai, T. M. Sun, H. I. Lin, G. Haider and Y. F. Chen, Adv. Mater. Technol. 2, 1700170 (2017).E. S. Leong, S. F. Yu, A. Abiyasa, and S. P. Lau, Appl. Phys. Lett. 88, 091116 (2006).C. Wu, P. Tsay, H. Cheng, and S. Bai, J. Appl. Phys. 95, 417 (2004).Y. Ni, L. Gao, A. Miroshnichenko, and C. Qiu, Opt. Express 21, 8091 (2013).G. Qu, X. Zhang, S. Li, L. Lu, J. Gao, B. Yu, S. Wu, Q. Zhang, and Z. Hu, Phys. Chem. Chem. Phys. 25, 48 (2023).L. Ye, C. Zhao, Y. Feng, B. Gu, Y. Cui, and Y. Lu, Nanoscale Res. Lett. 12, 1 (2017).H. W. Shin, S. Y. Cho, K. H. Choi, S. L. Oh, and Y. R. Kim, Appl. Phys. Lett. 88, 86 (2006).A. Yu. Bazhenov, M. M. Nikitina, D. V. Tsarev, and A. P. Alodjants, JETP Lett. 117(11), 814 (2023).D. V. Tsarev, E. S. Morugin, and A. P. Alodjants, JETP Lett. 120(5), 315 (2024).J. Andreasen, A. A. Asatryan, L. C. Botten, M. A. Byrne, H. Cao, L. Ge, L. Labonte, P. Sebbah, A. D. Stone, H. E. Tureci, and C. Vanneste, Adv. Opt. Photonics 3, 88 (2011).Yu. V. Yuanov, A. A. Zyablovsky, E. S. Andrianov, I. V. Doronin, A. A. Pukhov, A. P. Vinogradov, and A. A. Lisyansky, JETP Lett. 112(11), 688 (2020).M. Gaio, D. Saxena, J. Bertolotti, D. Pisignano, A. Camposeo, and R. Sapienza, Nat. Commun. 10, 226 (2019).L. M. Massaro, S. Gentilini, A. Portone, A. Camposeo, D. Pisignano, C. Conti, and N. Ghofraniha, ACS Photonics 8(1), 376 (2021).V. S. Letokhov, IEEE J. Quantum Electron. 8, 615 (1972).M. A. Johnson, M. A. Betz, R. A. McLaren, E. C. Sutton, and C. H. Townes, ApJ 208, L145 (1976)Q. Song, Z. Xu, S. H. Choi, X. Sun, S. Xia, O. Akkus, and Y. L. Kim, Biomed. Opt. Express 5, 1401 (2010).Q. Song, S. Xiao, Z. Xu, J. Liu, X. Sun, V. Drachev, V. Shalaev, O. Akkus, and Y. L. Kim, Opt. Lett. 35(9), 1425 (2010).D. Huang, M. Xu, X. Liu, M. Yang, T. Yi, C. Wang, T. Li, and S. Liu, Laser Phys. Lett. 13, 065603 (2016).R. C. Polson and Z. V. Vardeny, Appl. Phys. Lett. 85(7), 1289 (2004).Y. Wang, Z. Duan, Z. Qiu, P. Zhang, J. Wu, D. Zhang and T. Xiang, Sci. Rep. 7, 8385 (2017).D. Zhang, Y. Wang, J. Tang, and H. Mu, J. Appl. Phys. 125, 203102 (2019).S. de Armas-Rillo, F. Fumagallo-Reading, D. Luis-Ravelo, B. Abdul-Jalbar, T. Gonzalez-Hernandez, and F. Lahoz. Sensors 21, 3825 (2021).W. Z. Wan Ismail, G. Liu, K. Zhang, E. M. Goldys, and J. M. Dawes. Opt. Express 24(2), A85 (2016).X. Meng, J. Ma, K. Xie, L. Hong, J. Zhang, and Z. Hu, Opt. Mater. 115, 111027 (2021).Y. Hou, Z. Zhou, C. Zhang, J. Tang, Y. Fan, F.-F. Xu, and Y. S. Zhao, Sci. China Mater. 64, 2805 (2021).Y.-J. Lee, C.-Y. Chou, Z.-P. Yang, T. B. H. Nguyen, Y.-C. Yao, T.-W. Yeh, M.-T. Tsai, and H.-C. Kuo, Nanoscale 10(22), 10403 (2018).V. D. Ta, D. T. Le, T. L. Ngo, and X. T. Nguyen, Opt. Commun. 524, 128594 (2022).W. Gao, T. Wang, J. Xu, P. Zeng, W. Zhang, Y. Yao, C. Chen, M. Li, and S. F. Yu, Small 17(39), 2103065 (2021).J. Tong, X. Shi, L. Niu, X. Zhang, C. Chen, L. Han, S. Zhang, and T. Zhai, Nanotechnology 31(46), 465204 2020.B. Redding, M. A. Choma, and H. Cao, Nat. Photonics 6, 355 2012.S. W. Chen, J. Y. Lu, B. Y. Hung, M. Chiesa, P. H. Tung, J. H. Lin, and T. C. K. Yang, Opt. Express 29(2), 2065 (2021).Y. Wan, Z. Li, Z. Liu, Y. Yang, H. Wang, X. Liu, and Y. Cai, Nanophotonics 12(23), 4307 (2023).Z. Xie, K. Xie, T. Hu, J. Ma, J. Zhang, R. Ma, and Z. Hu, Opt. Express 28(4), 5179 (2020).B. H. Holkr, J. V. Thompson, J. N. Bixler, D. T. Nodurft, G. D. Noojin, B. Redding, and V. V. Yakovlev, Sci. Rep. 7(1), 44572 (2017).C. Hou, M. Kuo, P. Lin, M. Wu, C. Huang, T. Lin, and Y. Chen, Optics & Laser Technology 170, 110173 (2024).B. H. Holkr, J. N. Bixler, and V. V. Yakovlev, Appl. Phys. A Mater. Sci. Process. 117(2), 681 (2014).B. H. Holkr, A. Cerjan, J. V. Thompson, L. Yuan, S. F. Liew, J. N. Bixler, and V. V. Yakovlev, Nonlinear Frequency Generation and Conversion: Materials, Devices, and Applications XV, SPIE (2016), v. 9731, p. 149; doi: 10.1117/12.2212911.B. H. Holkr, J. N. Bixler, M. T. Cone, J. D. Mason, H. T. Beier, G. D. Noojin, and V. V. Yakovlev, Nat. Commun. 5(1), 4356 (2014).M. A. Shevchenko, K. I. Zemskov, M. A. Karpov, A. D. Kudryavtseva, A. N. Maresev, N. V. Tcherniega, and S. F. Umanskaya, Opt. Commun. 508, 127795 (2022).A. A. Matrokhin, M. A. Shevchenko, S. F. Umanskaya, M. V. Tareeva, A. D. Kudryavtseva, and N. V. Tcherniega, Photonics 9(10), 705, (2022).M. A. Shevchenko, S. F. Umanskaya, S. D. Abdurakhmonov, N. V. Tcherniega, and S. S. Gras'kin, Bull. Lebedev Phys. Inst. 49, 55 (2022).M. A. Shevchenko, S. F. Umanskaya, K. I. Zemskov, N. V. Tcherniega, and A. D. Kudryavtseva, IEEE J. Quantum Electron. 60(2), 1 (2024).K. Lee and N. M. Lawandy, Appl. Phys. Lett. 78(6), 703 (2001).G. Qin, R. Jose, and Y. Ohishi, J. Appl. Phys. 101(9) (2007).R. Mondal and G. Kumaraswamy, Materials Advances 3(7), 3041 (2022).A. Tulek, R. C. Polson, and Z. V. Vardeny, Nat. Phys. 6, 303 (2010).J. Tian, G. Weng, Y. Wang, X. Hu, S. Chen, and J. Chu, ACS Appl. Nano Mater. 2, 1909 (2019).P. Srisamran, P. Pewkhom, S. Boonsit, P. Kalasuwan, P. van Dommelen, and C. Daengngam, J. Phys.: Conf. Ser. 1719, 012083 (2021).Z. Xu, H. Zhang, C. Chen, G. Aziz, J. Zhang, X. Zhang, J. Deng, T. Zhai, and X. Zhang, RSC Adv. 9, 28642 (2019).V. S. Gurumaluri, S. R. Krishnan, and C. Vijayan, Opt. Lett. 43, 5865 (2018).Y. Wan and L. Deng, Appl. Sci. 10, 199 (2019).B. C. Lima, A. S. L. Gomes, P. I. R. Pincheira, A. L. Moura, M. Gagne, E. P. Raposo, C. B. de Araujo, and R. Kashyap, J. Opt. Soc. Am. B 34, 293 (2017).A. Ghasempour Ardakani and M. Shahvandpour, Phys. B 616, 413133 (2021).N. Padiyakkuth, R. Antoine, and N. Kalarikkal, Opt. Mater. 129, 112408 (2022).D. Cao, D. Huang, X. Zhang, S. Zeng, J. Parbey, S. Liu, C. Wang, T. Yi, and T. Li, Laser Phys. 28, 25801 (2018).M. C. A. De Oliveira, L. De Souza Menezes, P. I. R. Pincheira, C. Rojas-Ulloa, N. R. Gomez, H. P. De Oliveira, and A. S. Leonidas Gomes, Nanoscale Adv. 1, 728 (2019).L. F. Sciuti, L. A. Mercante, D. S. Correa, and L. De Boni, J. Lumin. 224, 117281 (2020).V. D. Ta, T. T. Nguyen, T. H. L. Nghiem, H. N. Tran, A. T. Le, N. T. Dao, P. D. Duong, and H. H. Mai, Opt. Commun. 475, 126207 (2020).B. Xu, Z. Gao, Y. Wei, Y. Liu, X. Sun, W. Zhang, X. Wang, Z. Wang, and X. Meng, Nanoscale 12, 4833 (2020).X. Shi, Y. Bian, J. Tong, D. Liu, J. Zhou, and Z. Wang, Opt. Express 28, 13576 (2020).X. Li, H. Liu, X. Xu, B. Yang, H. Yuan, J. Guo, F. Sang, and Y. Jin, ACS Appl. Mater. Interfaces 12, 10050 (2020).M. C. A. de Oliveira, F. W. S. de Sousa Jr., F. A. Santos, L. M. G. Abegao, M. A. R. C. Alencar, J. J. Rodrigues Jr., and H. P. de Oliveira, Opt. Mater. 101, 109722 (2020).M. Gaio, D. Saxena, J. Bertolotti, D. Pisignano, A. Camposeo, and R. Sapienza, Nat. Commun. 10, 1 (2019).T. Naruta, T. Akita, Y. Uchida, D. Lisjak, A. Mertelj, and N. Nishiyama, Opt. Express. 27, 24426 ( 2019).P. Rafieipour, A. G. Ardakani, and F. Daneshmand, Laser Phys. 30, 115003 (2020).D. Zhang, Y. Wang, J. Tang, and H. Mu, J. Appl. Phys. 125, 203102 (2019).M. Hohmann, D. Dorner, F. Mehari, C. Chen, M. Spath, S. Muller, H. Albrecht, F. Klampfl, and M. Schmidt, Biomed. Opt. Express. 10, 807 (2019).T.-H. Yang, C.-W. Chen, H.-C. Jau, T.-M. Feng, C.-W. Wu, C.-T. Wang, and T.-H. Lin, Appl. Phys. Lett. 114, 191105 (2019).H. Lu, L. Yang, L. Xia, J. Kong, M. Xu, J. Zhu, L. Qiu, and Z. Hu, Liq. Cryst. 48, 255 (2021).Y. Sakurayama, T. Onodera, Y. Araki, T. Wada, and H. Oikawa, RSC Adv. 11, 32030 (2021).