Nekotorye fundamental'nye i prikladnye aspekty sluchaynoy lazernoy generatsii (Minmobzor)

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

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.

About the authors

A. D Kudryavtseva

Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН

Москва, Россия

T. V Mironova

Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН

Email: mironovaty@lebedev.ru
Москва, Россия

M. A Shevchenko

Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН

Москва, Россия

N. V Chernega

Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН

Москва, Россия

S. F Umanskaya

Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН

Москва, Россия

References

  1. A. Yariv, Quantum Electronics, 3rd edition, Wiley, N.Y. (2020).
  2. O. Svelto, Principles of lasers, Springer, N. Y. (2010), v. 1, p. 52.
  3. W. T. Silfvast and P. J. H. Tjossem, Am. J. Phys. 65, 932 (1997); doi: 10.1119/1.18690.
  4. A. L. Shawlow and C. H. Townes, Phys. Rev. 112(6), 1940 (1958); doi: 10.1103/PhysRev.112.1940.
  5. N. G. Basov and A. M. Prokhorov, JETP 27, 431 (1954).
  6. T. H. Maiman, Nature 4736, 493 (1960).
  7. A. Javan, W. R. Bennett, and D. R. Herriott, Phys. Rev. Lett. 6(3), 106 (1961).
  8. E. Snitzer and R. Woodcock, Appl. Phys. Lett. 6(3), 45 (1965); doi: 10.1063/1.1754157.
  9. R. N. Hall, Solid State Electron. 6, 405 (1963); doi: 10.1016/0038-1101(63)90024-8.
  10. R. V. Ambartsumyan, N. G. Basov, P. G. Kryukov, and V. S. Letokhov, IEEE J. Quantum Electron. QE-2(9), 442 (1966).
  11. V. S. Letokhov, Sov. Phys. JETP 26, 835 (1967).
  12. R. V. Ambartsumyan, N. G. Basov, P. G. Kryukov, and V. S. Letokhov, Prog. Quantum Electron. 107 (1970).
  13. G. V. Peregudov, E. N. Ragozin, and V. A. Chirkov, Sov. JETP 63, 421 (1972).
  14. V. M. Markushev, V. F. Zolin and Ch. M. Briskina, Sov. J. Quantum Electron. 13, 427 (1986).
  15. N. M. Lawandy, R. M. Balachandran, A. S. L. Gomes, and E. Sauvain, Nature 368, 436 (1994).
  16. N. M. Lawandy, R. M. Balachandran, and A. Lagendijk, Nature 373(6511), 204 (1995).
  17. D. S. Wiersma, P. Bartolini, A. Lagendijk, and R. Righini, Nature 390(6661), 671 (1997).
  18. 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).
  19. H. Cao, J. Phys. A. Math. Gen. 38, 10497 (2005); doi: 10.1088/0305-4470/38/49/004.
  20. 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).
  21. A. S. L. Gomes, A. L. Moura, C. B. de Araujo, and E. P. Raposo, Progress in Quantum Electronics 78, 100343 (2021).
  22. 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).
  23. X. Wu and H. Cao, Phys. Rev. A – At. Mol. Opt. Phys. 77, 013832 (2008).
  24. R. Corey, M. Kissner, and P. Saulnier, Am. J. Phys. 63, 560 (1995).
  25. N. M. Estakhri, N. Mohammadi Estakhri, and T. B. Norris, Sci. Rep. 12(1), 22256 (2022).
  26. V. A. Zubov, G. B. Peregudov, M. M. Sushchinskii, V. A. Chirkov, and T. K. Shuvalov, Soviet JETP Lett. 5, 150 (1967).
  27. Q. Baudouin, N. Mercadier, V. Guarrera, W. Guerin, and R. Kaiser, Nature Phys. 9, 357 (2013).
  28. Y. J. Lee, T. W. Yeh, P. Nagarjuna, C. C. Tseng, and J. Y. Yi, APL Mater. 7, 061105 (2019).
  29. 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).
  30. M. Trivedi, D. Saxena, W. K. Ng, R. Sapienza, and G. Volpe, Nature Phys. 18(8), 939 (2022).
  31. 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).
  32. 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).
  33. 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).
  34. E. S. Leong, S. F. Yu, A. Abiyasa, and S. P. Lau, Appl. Phys. Lett. 88, 091116 (2006).
  35. C. Wu, P. Tsay, H. Cheng, and S. Bai, J. Appl. Phys. 95, 417 (2004).
  36. Y. Ni, L. Gao, A. Miroshnichenko, and C. Qiu, Opt. Express 21, 8091 (2013).
  37. 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).
  38. L. Ye, C. Zhao, Y. Feng, B. Gu, Y. Cui, and Y. Lu, Nanoscale Res. Lett. 12, 1 (2017).
  39. H. W. Shin, S. Y. Cho, K. H. Choi, S. L. Oh, and Y. R. Kim, Appl. Phys. Lett. 88, 86 (2006).
  40. A. Yu. Bazhenov, M. M. Nikitina, D. V. Tsarev, and A. P. Alodjants, JETP Lett. 117(11), 814 (2023).
  41. D. V. Tsarev, E. S. Morugin, and A. P. Alodjants, JETP Lett. 120(5), 315 (2024).
  42. 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).
  43. 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).
  44. M. Gaio, D. Saxena, J. Bertolotti, D. Pisignano, A. Camposeo, and R. Sapienza, Nat. Commun. 10, 226 (2019).
  45. L. M. Massaro, S. Gentilini, A. Portone, A. Camposeo, D. Pisignano, C. Conti, and N. Ghofraniha, ACS Photonics 8(1), 376 (2021).
  46. V. S. Letokhov, IEEE J. Quantum Electron. 8, 615 (1972).
  47. M. A. Johnson, M. A. Betz, R. A. McLaren, E. C. Sutton, and C. H. Townes, ApJ 208, L145 (1976)
  48. Q. Song, Z. Xu, S. H. Choi, X. Sun, S. Xia, O. Akkus, and Y. L. Kim, Biomed. Opt. Express 5, 1401 (2010).
  49. 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).
  50. D. Huang, M. Xu, X. Liu, M. Yang, T. Yi, C. Wang, T. Li, and S. Liu, Laser Phys. Lett. 13, 065603 (2016).
  51. R. C. Polson and Z. V. Vardeny, Appl. Phys. Lett. 85(7), 1289 (2004).
  52. Y. Wang, Z. Duan, Z. Qiu, P. Zhang, J. Wu, D. Zhang and T. Xiang, Sci. Rep. 7, 8385 (2017).
  53. D. Zhang, Y. Wang, J. Tang, and H. Mu, J. Appl. Phys. 125, 203102 (2019).
  54. S. de Armas-Rillo, F. Fumagallo-Reading, D. Luis-Ravelo, B. Abdul-Jalbar, T. Gonzalez-Hernandez, and F. Lahoz. Sensors 21, 3825 (2021).
  55. W. Z. Wan Ismail, G. Liu, K. Zhang, E. M. Goldys, and J. M. Dawes. Opt. Express 24(2), A85 (2016).
  56. X. Meng, J. Ma, K. Xie, L. Hong, J. Zhang, and Z. Hu, Opt. Mater. 115, 111027 (2021).
  57. Y. Hou, Z. Zhou, C. Zhang, J. Tang, Y. Fan, F.-F. Xu, and Y. S. Zhao, Sci. China Mater. 64, 2805 (2021).
  58. 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).
  59. V. D. Ta, D. T. Le, T. L. Ngo, and X. T. Nguyen, Opt. Commun. 524, 128594 (2022).
  60. 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).
  61. J. Tong, X. Shi, L. Niu, X. Zhang, C. Chen, L. Han, S. Zhang, and T. Zhai, Nanotechnology 31(46), 465204 2020.
  62. B. Redding, M. A. Choma, and H. Cao, Nat. Photonics 6, 355 2012.
  63. 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).
  64. Y. Wan, Z. Li, Z. Liu, Y. Yang, H. Wang, X. Liu, and Y. Cai, Nanophotonics 12(23), 4307 (2023).
  65. Z. Xie, K. Xie, T. Hu, J. Ma, J. Zhang, R. Ma, and Z. Hu, Opt. Express 28(4), 5179 (2020).
  66. 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).
  67. C. Hou, M. Kuo, P. Lin, M. Wu, C. Huang, T. Lin, and Y. Chen, Optics & Laser Technology 170, 110173 (2024).
  68. B. H. Holkr, J. N. Bixler, and V. V. Yakovlev, Appl. Phys. A Mater. Sci. Process. 117(2), 681 (2014).
  69. 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.
  70. 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).
  71. 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).
  72. A. A. Matrokhin, M. A. Shevchenko, S. F. Umanskaya, M. V. Tareeva, A. D. Kudryavtseva, and N. V. Tcherniega, Photonics 9(10), 705, (2022).
  73. M. A. Shevchenko, S. F. Umanskaya, S. D. Abdurakhmonov, N. V. Tcherniega, and S. S. Gras'kin, Bull. Lebedev Phys. Inst. 49, 55 (2022).
  74. M. A. Shevchenko, S. F. Umanskaya, K. I. Zemskov, N. V. Tcherniega, and A. D. Kudryavtseva, IEEE J. Quantum Electron. 60(2), 1 (2024).
  75. K. Lee and N. M. Lawandy, Appl. Phys. Lett. 78(6), 703 (2001).
  76. G. Qin, R. Jose, and Y. Ohishi, J. Appl. Phys. 101(9) (2007).
  77. R. Mondal and G. Kumaraswamy, Materials Advances 3(7), 3041 (2022).
  78. A. Tulek, R. C. Polson, and Z. V. Vardeny, Nat. Phys. 6, 303 (2010).
  79. J. Tian, G. Weng, Y. Wang, X. Hu, S. Chen, and J. Chu, ACS Appl. Nano Mater. 2, 1909 (2019).
  80. P. Srisamran, P. Pewkhom, S. Boonsit, P. Kalasuwan, P. van Dommelen, and C. Daengngam, J. Phys.: Conf. Ser. 1719, 012083 (2021).
  81. Z. Xu, H. Zhang, C. Chen, G. Aziz, J. Zhang, X. Zhang, J. Deng, T. Zhai, and X. Zhang, RSC Adv. 9, 28642 (2019).
  82. V. S. Gurumaluri, S. R. Krishnan, and C. Vijayan, Opt. Lett. 43, 5865 (2018).
  83. Y. Wan and L. Deng, Appl. Sci. 10, 199 (2019).
  84. 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).
  85. A. Ghasempour Ardakani and M. Shahvandpour, Phys. B 616, 413133 (2021).
  86. N. Padiyakkuth, R. Antoine, and N. Kalarikkal, Opt. Mater. 129, 112408 (2022).
  87. D. Cao, D. Huang, X. Zhang, S. Zeng, J. Parbey, S. Liu, C. Wang, T. Yi, and T. Li, Laser Phys. 28, 25801 (2018).
  88. 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).
  89. L. F. Sciuti, L. A. Mercante, D. S. Correa, and L. De Boni, J. Lumin. 224, 117281 (2020).
  90. 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).
  91. B. Xu, Z. Gao, Y. Wei, Y. Liu, X. Sun, W. Zhang, X. Wang, Z. Wang, and X. Meng, Nanoscale 12, 4833 (2020).
  92. X. Shi, Y. Bian, J. Tong, D. Liu, J. Zhou, and Z. Wang, Opt. Express 28, 13576 (2020).
  93. X. Li, H. Liu, X. Xu, B. Yang, H. Yuan, J. Guo, F. Sang, and Y. Jin, ACS Appl. Mater. Interfaces 12, 10050 (2020).
  94. 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).
  95. M. Gaio, D. Saxena, J. Bertolotti, D. Pisignano, A. Camposeo, and R. Sapienza, Nat. Commun. 10, 1 (2019).
  96. T. Naruta, T. Akita, Y. Uchida, D. Lisjak, A. Mertelj, and N. Nishiyama, Opt. Express. 27, 24426 ( 2019).
  97. P. Rafieipour, A. G. Ardakani, and F. Daneshmand, Laser Phys. 30, 115003 (2020).
  98. D. Zhang, Y. Wang, J. Tang, and H. Mu, J. Appl. Phys. 125, 203102 (2019).
  99. 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).
  100. 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).
  101. H. Lu, L. Yang, L. Xia, J. Kong, M. Xu, J. Zhu, L. Qiu, and Z. Hu, Liq. Cryst. 48, 255 (2021).
  102. Y. Sakurayama, T. Onodera, Y. Araki, T. Wada, and H. Oikawa, RSC Adv. 11, 32030 (2021).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences