Current activities on our research of soft x-ray lasers and higher harmonic generations using intense, subpicosecond lasers are reviewed. Especially for soft x-ray lasers we experimentally demonstrate that by longitudinally pumping 2-mm-long molybdenum preformed plasma with high-intensity 475 fs duration laser pulse, a highly directive soft x-ray laser at 18.9 nm wavelength is generated. The divergence of the beam is evaluated to be of the submillirad order, and only requires pump laser energy of 150 mJ. Simulations show that the pedestal in the main pump pulse can generate electron density and gain profiles with large spatial gradients, which result in the selective amplification of low-order transverse modes. The present result is the demonstration of an efficient and alternative method of improving the spatial coherence of x-ray lasers with amplified spontaneous emission medium, with possibilities of becoming an excellent tool to explore various application experiments. In higher harmonic generation, topics related to observation of blue shift due to collisionless absorption process is described. We demonstrate the generation of high harmonics (up to the 65^th order, λ=12.24 nm) of a Ti:sapphire laser radiation after the propagation of femtosecond laser pulses through the low-excited boron plasma produced by a prepulse radiation on the surface of different targets. High-order harmonics generated from the surface plasma of most targets showed a plateau pattern. The harmonic generation in these conditions assumed to occur due to the interaction of femtosecond pulses with ions. The conversion efficiencies in the plateau region were varied between 10^-7 to 8×10^-5 depending on the target. The main contribution to the limitation of harmonic generation efficiency and cutoff energy was attributed to the free-electrons-induced self-defocusing of main pulse.

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超短時間分解FRET（Fluorescence Resonance Energy Transfer，蛍光共鳴エネルギー移動）分光法を新たに開発しタンパク間相互作用機能を確認することができた．FRETはエネルギー受容体と供与体との間で起こる現象でFRET効率は蛍光分子対の距離に敏感に依存する．リガンド結合時に生ずるタンパク相互作用をこのFRET現象を利用して超短時間分解分光によりそのダイナミクスを追うことができる．本研究でCameleonのイオン感受性やGRIN-GoVenus蛍光タンパク機能系発光寿命の変化を捉え，タンパク相互作用を検出した．超短時間分解FRET分光法はタンパク相互作用モニタリングのほか分子構造変化や結合，解離等活性化状態をモニターする重要な手段として注目される．

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光学顕微鏡技術は、生命科学研究に不可欠な技術である．特に，蛍光顕微鏡法は特定の物質のみを光らせて見るので，細胞のように様々な生体分子が高密度で存在していても，特定の生体分子の挙動を選択的にイメージングすることが可能である．全反射によるエバネッセント場顕微鏡などに代表される新しい顕微鏡技術と，機能性蛍光試薬の開発や緑色蛍光タンパク質，量子ドットなどに代表される蛍光標識技術の進歩が，1分子イメージングの広範な応用を可能にした．さらに，タンパク質のダイナミクスを1分子解析することにより，その巧妙な機構が明らかにされつつある．

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本論文では，2光子顕微鏡を用いたタンパク質分子の機能不活性化法（MP-CALI法）について解説する．MP-CALI法において，対象のタンパク質は緑色蛍光タンパク質（EGFP）との融合タンパク質を形成する．EGFPをフェムト秒パルスレーザーにより2光子励起すると活性酸素種（ROS）が生成されるが，ROSによりEGFPとの融合タンパク質の機能が特異的に不活性化される．MP-CALI法は比較的簡便であり，高空間・高時間分解能で目的のタンパク質分子機能を不活性化することができる．MP-CALI法を用いて今後のタンパク質の機能解析が飛躍的に進むことが期待される．

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細胞内シグナル分子の時間的空間的挙動を把握する上で，蛍光イメージングは有用である．最近では，生命をシステムとして理解するため，複数の蛍光分子を細胞に導入し，より多数のシグナル分子を同時に可視化するマルチカラーイメージングの技術発展が進んでいる．本解説では，はじめに同手法を支える蛍光分子・蛍光プローブの充実について言及し，多色の蛍光シグナルの検出に対応した顕微鏡の光学系に関して概説する．各々の光学系において，励起・蛍光波長の選択の自由度や蛍光像取得の同時性などの特徴と問題点を議論する．さらに，多色の導入によって生じた蛍光のかぶりの問題を解決する計算機的手法について解説し，生きた細胞におけるマルチカラーイメージングへの私達の試みを紹介する．

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