透明な固体材料の内部に短パルスレーザーを集光することにより，非線形光学効果を生じ，内部に複雑形状加工を行うことができます。対象となる材料は，ガラスやポリマーなどのほか，シリコンのように可視光には不透明だが近赤外光に対しては透明な材料もあります。
ガラスは代表的なぜい性材料で，切削加工や塑性加工が困難です。われわれは，レーザー技術を用いて透明ガラス基板にミニチュアめねじを作製する研究を行っています。「ミニチュアねじ」は，小さなネジということだけではなく，規格の名称でもあります（JIS B 0201, ISO 1501）。これまでにS0.5とS0.4のメネジの作製に成功しました。さらに，加工時に発生するクラックを低減する研究を行っています。
Hiroyuki Degawa, Noriaki Urano, and Shigeki Matsuo, Laser Fabrication of Miniature Internal Thread in Glass Substrate, Micromachines 8(2), 48 (2017). DOI: 10.3390/mi8020048
Water-Assisted Laser Drilling for Miniature Internal Thread in Glass and Evaluation of Its Strength, Reo Murakami, Hiroyuki Nakagawa, and Shigeki Matsuo, Journal of Laser Micro/Nanoengineering 12(3), 203-206 (2017). DOI: 10.2961/jlmn.2017.03.0005
Inscribing diffraction grating inside silicon substrate using a subnanosecond laser in one photon absorption wavelength, Kozo Sugimoto, Shigeki Matsuo, and Yoshiki Naoi, Scientific Reports 10, 21451 (2020). DOI: 10.1038/s41598-020-78564-z (Open Access)
Removal Processing inside PDMS by Short Pulse Laser, Katsuyuki Hayashi and Shigeki Matsuo, Journal of Laser Micro/Nanoengineering 12(2), 141-145 (2017). DOI: 10.2961/jlmn.2017.02.0016 (Open Access)
レーザー光を固体材料に照射することによって，材料表面に光の波長程度の周期を持つ凹凸構造 (Laser-Induced Periodic Surface Structures, LIPSS) を作製することができます（場合によっては材料内部に周期的なパターンができることもあります）。近年，パルス幅の短いレーザーを用いると波長に比べて周期がかなり短い構造が形成されることが発見され，研究が活発になっています。われわれは，LIPSSが形成されていく過程のパルスごとの観察や，やや長い（0.5ナノ秒）パルスレーザーを用いたLIPSSの形成に取り組んでいます。
LIPSSを含むレーザー照射によって固体表面に形成される微細構造により，濡れ性などの種々の表面性状を制御することができます。そのような研究にも取り組んでいます。
Pulse-by-pulse optical observation of laser-irradiated thin glass substrate using oil-immersion microscopy, Yuta Yanagisawa and Shigeki Matsuo, Japanese Journal of Applied Physics 61(1), 010901 (2022). DOI: 10.35848/1347-4065/ac4034 (Open Access)
Pulse-by-Pulse Optical Observation of Growth of Laser-Induced Periodic Surface Structure at Oblique Incidence, Kyosuke Shibata and Shigeki Matsuo, Journal of Laser Micro/Nanoengineering 15(2), 128-131 (2020). DOI: 10.2961/jlmn.2020.02.2009 (Open Access)
High-spatial-frequency periodic surface structures on steel substrate induced by subnanosecond laser pulses, Kyosuke Haruki Hikage, Nami Nosaka, and Shigeki Matsuo, Applied Physics Express 10(11), 112701 (2017). DOI: 10.7567/APEX.10.112701 (Open Access)
Subnanosecond-laser-induced periodic surface structures on prescratched silicon substrate, Motoharu Hongo and Shigeki Matsuo, Applied Physics Express 9(6), 062703 (2016). DOI: 10.7567/APEX.9.062703