研究所紧密结合国际学科前沿和国家重大战略需求，以光与物质相互作用为研究对象，主要开展光学计量技术、尖端光学薄膜技术、极紫外与软X射线及X射线多层膜光学技术、先进成像光学技术、超精密光学製作工艺技术研究，研究所定位于国际前沿性基础和套用基础研究以及关键技术攻关，为我国光学与光学工程的发展提供前瞻性研究成果并培养高层次科技人才。

实验室开展了多层次的国内外合作与交流，与美、德、法、英、日、俄罗斯与白俄罗斯等国家的10多所大学和研究机构建立了合作关係，现派出留学生3名。

光学计量技术：以纳米长度标準为套用背景，採用雷射冷却原子和雷射汇聚原子方法，着重研究可溯源到雷射波长的纳米结构製作原理、方法和技术，採用原子力显微镜等方法研究纳米结构的表征新途径。

尖端光学薄膜技术：以高强度雷射作为套用背景，採用离子束辅助电子束蒸发方法研製高性能光学薄膜，系统测量光学薄膜的力学、热学和光学等物理性质，建立高强度雷射与光学薄膜相互作用模型，揭示雷射损伤薄膜的机制，探索新型高性能光学薄膜的设计、製作、表征及套用。

极紫外与软X射线及X射线多层膜光学技术：以同步辐射、稠密电浆诊断、天文学为套用背景，採用磁控溅射方法研製高性能极紫外与软X射线及X射线多层膜，系统研究多层膜的微结构、成分与界面状态等物理化学性质，揭示多层膜巨观性能与微观性质的关係，探索新型多层膜的设计、製作、表征及套用。

先进成像光学技术：以稠密电浆诊断和精密光学系统套用为套用背景，系统研究特殊要求光学系统的设计方法，探索光学系统高精密装校方法与技术，建立先进光学系统表征方法与技术，研製各种套用要求的高性能光学系统。

超精密光学製作工艺技术：针对极紫外与软X射线及X射线元件与系统的特殊需求，深入开展超光滑和特殊曲面光学元件的加工与性能表征方法与技术，建立新型光学元件加工设备，揭示超光滑与特殊曲面加工工艺的规律，研製出相应的光学元件。