光や荷電粒子のエネルギーフラックスを上げていくと通常の固体デバイスは破壊される。このため、固体デバイスの機能を維持するため、ビームの空間的、時間的自由度にその解決手法をゆだねることが常識的手法となっている。例えば高出力レーザーは、そのデバイスボリュームまたは面積を上げることがその1つである。またパルス幅を一旦拡げ再度圧縮し高いピークパワーを出力するチャ―プパルス増幅技術は、時間的解決手法といえる。

また高エネルギーの粒子を生成するために数100ｍ以上の加速菅が必要となる。ところが、もし固体デバイスより高いエネルギー密度を有した高密度プラズマをデバイスとして利用できれば、高いエネルギーフラックスの光や荷電粒子ビームを直接制御でき、新しい機能や装置の小型化が期待できる。これが高エネルギープラズマフォトニクスの基本概念である。高エネルギー密度プラズマの特性を利用することで、従来取り扱うことができなかった高強度光や高エネルギー密度荷電粒子を直接取り扱う新しいデバイスを生み出す概念である。高エネルギー密度プラズマを利用した光制御や荷電粒子ビーム制御のプラズマデバイスはこれまでにも、多く提案されている。例えばプラズマミラー、プラズマファイバー、プラズマラマン圧縮などプラズマの性質を利用した高強度光制御である。高エネルギー粒子ビームの分野ではプラズマレンズやプラズマ偏向などの高エネルギー粒子ビームの方向制御やプラズマ加速ブースターなどの研究がある。

このような中で、現在、我々はレーザーのエネルギーとコヒーレンスをプラズマの波を介して粒子に変換するレーザープラズマ加速器を目指した研究をしている。短パルスのパワーレーザーを比較的希薄なプラズマに照射すると、レーザーの電磁界（ポンドラモーティブ力）によりその航跡としてプラズマに電子の波（プラズマ波）が立つ。この波は光速に近いため通常の波と異なり先頭地が異常に高い波となり強い電場（航跡場）をつくりだす。この波はコヒーレントなレーザーで作り出されるため周期性をもちコヒーレントである。この光速に近いコヒーレントな強い電場で電子を加速する方法をレーザー航跡場加速という。単位当たりの加速勾配は、プラズマを利用することから固体の加速管による破壊限界(MeV/cm)の1000倍以上（GeV/cm）が実証されている。この手法で我々の研究室では、準単色で100MeV程度の指向性ある電子ビームを安定（ポインティング安定性：<0.3mrad）に作り出し、従来の加速管を通し集光させることに成功している。これを利用したイメージングやプラズマ加速菅を複数設定した多段加速の実証を計画している。

数GeV～10GeV程度の電子ビームを発生する数100mの従来加速器を、トラックのコンテナに乗せることも現実的になろうとしている。これが実現できれば、X線自由電子レーザーや指向性をもったパルスガンマ線源をより身近なものとなる。研究室レベルでX線自由電子レーザーが利用できるだけでなく、医療産業の世界にもインパクトを与える。従来のレントゲンをX線自由電子レーザーに置き換えることで、例えば心臓の毛細血管を全て見ることができ心臓疾患予防に大きく貢献できる。また可搬型の強力なパルスガンマ線源は、稼働状態のジェットエンジンなどの非破壊検査を各空港で実施できるなど安全・安心の社会にも大きく貢献できる可能性を秘めている。

   我々の研究室は、パワーレーザー技術と高密度プラズマの技術を発展させることで、従来考えられなかった物質材料の創成や超コンパクトな加速器・放射光源の実現を目指した研究を行っている。これらが実現できれば、学術のみならず医療・産業の世界にも大きなインパクトを与え安全安心の社会を貢献できるものと考えている。（図3参照）