聚焦光量子操控、原子量子技术与集成量子光子学前沿。围绕光子集成芯片、室温原子量子存储、量子计算与量子通信，实现三维光子集成与宽带量子存储等突破，推动光量子技术芯片化与产业化。深耕原子光学、微纳量子器件与精密测量，探索冷原子操控、量子传感与原子干涉技术，支撑量子精密测量与基础物理研究。承担国家重点研发、自然科学基金等项目，结合量子科技产教融合平台，培养量子科技拔尖人才，助力我国量子光学与原子光学领域创新发展。

国内最早开展非线性光学研究的团队之一，学科积淀深厚、基础扎实。依托国家重点学科与区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室，研究聚焦薄膜铌酸锂、微纳结构与低维材料，深耕非线性光场调控、微腔增强效应与片上集成光子器件等前沿领域。研究所与无锡光子芯片研究院深度协同，依托自主高端光子芯片中试线，具备薄膜铌酸锂晶圆全工艺闭环与规模化量产能力，支撑成果快速转化。主办国际期刊CHIP（Q1区，2025年影响因子7.1），打造学术高地。承担国家重点研发等项目，发表多篇顶刊论文，多项工作入选“中国光学十大进展”。

聚焦AI与光子学交叉前沿。深耕智能光谱学、超快激光光谱与激光诱导击穿光谱（LIBS）技术，研发光谱智能解析方法，应用于深空探测与环境监测，相关成果成功应用于天问一号祝融号火星探测任务，完成火星地表物质光谱数据分析。围绕生物光子学与微纳光电器件，结合智能光学成像与微型激光技术，推进生物医学传感与超分辨成像应用。融合光子芯片与量子成像，开发智能光子计算与量子成像新体制。研究所承担多项相关国家级项目，并形成产业转化，推动智能光子技术在探测、成像与传感领域的创新转化。