与高斯光束相比，涡旋光携带轨道角动量，在量子信息、光捕获和操纵、超分辨率显微等前沿研究领域具有广泛应用价值，尤其是中红外高峰值功率的涡旋激光在驱动高次谐波产生具有轨道角动量的相干X射线方面具有重大应用前景，但利用传统方法难以直接产生高峰值功率的中红外涡旋激光。

为此，研究人员利用非线性频率变换的方法获得了中红外4微米波段的高性能种子源，通过特殊设计的相位调控元件获得涡旋种子激光，经过高增益光学参量放大和精密色散控制后，获得了脉冲能量达10 毫焦、脉冲宽度为百飞秒量级的中红外涡旋激光。并进一步验证了输出激光的拓扑荷数，证实了该方法对于涡旋特性的高保真度。

研究人员表示，这种高能量中红外飞秒涡旋激光为强场物理领域提供了一种新工具，并有望进一步扩展到其他波长或者更高峰值功率的涡旋光激光系统，实现相对论强度的涡旋激光，并将极大地推动相关前沿领域的发展。

据悉，该项工作得到了中国科学院先导B类专项、国家自然科学基金委、上海市科委等项目的支持。