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本研究では、加圧Yb添加ファイバー増幅器システムを採用することで、高出力・高品質な中赤外光渦パルスレーザー発生を実現した。この中赤外光渦レーザーとその第二高調波である波長532nm光渦レーザーを励起光源とした、第三高調波発生による波長355nm光渦パルスレーザーの発生に成功した。
光渦とは位相特異点に由来する螺旋状等位相面とドーナツ型の強度分布を持つレーザーを指す。光の進行方向(kベクトル)と波面の法線方向(ポインティングベクトル)とのベクトル差から、ビーム強度断面内には軌道角運動量が現れる。軌道角運動量の大きさは量子数m(トポロジカルチャージ)で表され、波長変換においてはトポロジカルチャージ保存の法則が成り立つ。近年では光渦の軌道角運動量を活かした省デブリ金属面微細加工や、螺旋ナノニードル創成といった応用が注目を集めている。これらの応用に用いる光渦光源には、高出力・高品質に加えて波長選択性も要求される。現在光渦レーザーの波長領域は中赤外域に留まっており、可視～紫外、赤外領域では十分な出力を持つ光渦光源は少ない。光渦の波長領域を広げることで、金属・半導体・有機物質といった様々な物質の吸収波長に対応することが可能になり、高効率・省エネルギーなレーザー加工を実現する可能性がある。
平成26年度において、波長1064nm高出力光渦パルスレーザー及び532nm高出力光渦パルスレーザーを励起光源として、第三高調波発生による355nm光渦レーザー発生を行った。第三高調波発生に用いるリチウムトリボレート(LBO)結晶に対する集光スポットを十分大きくすることで、ウォークオフ効果の影響を回避しドーナツ型の強度分布を保ったまま波長変換を行うことに成功した。
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