(一) 光纤通信与传感技术方向
本方向主要研究在光纤通信技术与光纤传感技术方面。着力于光纤传输理论、光纤通信系统、光纤传感系统与应用，以及微波光子学技术的研究。建设期内取得的相关成果为：
1. 经多年的先进光学微加工技术研究，形成了独特的光纤侧边抛磨技术，已经授权发明专利10多项。所制备的侧边抛磨光纤及器件已经提供给国内外三十多家科研单位和企业应用。
所研究的多种光控光纤器件的多篇学术论文发表在在国际一流期刊上。
研究开发了多种基于侧边抛磨光纤的光子集成器件，以及光纤传感器。集成化全光纤光功率监控器获得2011年度广东省科技奖二等奖和广州市科技奖二等奖。
2. 光纤传感器技术方向开展各类新型光纤传感器的基础和应用研究，研究开发了多种灵敏度高、抗干扰力强、可靠性好、小型化和智能化的光纤传感器及光纤传感网络。
(二) 信息光子学器件与技术方向
本方向在定位基础材料和光电材料应用基础研究的同时，开展高效节能固体光源、光波导器件、激光技术等器件为主要研究目标，结合其它光电信息技术，解决信息领域、工业生产、过程在线检测中的重大技术难题。在建设期间内，主要取得了以下研究成果：
1. 光功能材料：在激光全息制作光子晶体研究方面，首次研究了激光的偏振态对干涉光场的对比度的影响；提出单光束干涉法制备光子晶体；制作出类金刚石结构光子晶体模板；制作了任意晶面取向的光子晶体；使用电化学沉积的技术，制作了高折射率比的ZnO光子晶体。研究了铒掺杂的铋镓酸盐玻璃的上转换发光，并成功地制作了铋镓酸盐玻璃平面光波导；开发了基于LED用的红光发光材料。成功生长了多种掺稀土离子的钼钨酸盐激光晶体、激光自拉曼晶体和拉曼晶体等，获得了可以实用化的晶体技术；进行了氧化锌纳米管的可控制备及其杨氏模量尺寸效应的研究，并获得了国家基金的支持。
2.全固体激光器件的研发与应用：开发了可直接用LD泵浦的多个全固体小型激光器和变频激光技术；通过产学研合作，开发了具有发明专利技术的冷轧辊激光毛化一体化设备和紫外激光一体化加工设备，其中冷轧辊激光毛化一体化设备实现了20多台套产品销售（每套在80-100万元之间），获得了较好的经济效益。目前，在进一步与高新技术企业进行产能的扩大和技术的提升。
3. LED技术方面：首次实现了国内第一台LED通信与照明双功能一体化的高技术设备，并在2010年上海世界博览会上作为高新技术样机进行演示。此外，在小功率LED照明灯具的防雷设计与开发方面也取得了较好的进展，实现了产品的市政工程应用。
(三) 光电信息获取与处理方向
该方向开展针对光电信息获取与处理的相关研究。在建设期间的研究工作进展和取得的成果如下：
1. 光学条纹图位相信息获取技术研究。系统研究了窗口傅立叶变换光学条纹图位相信息获取技术，提出了一种自适应窗口傅立叶变换位相信息获取技术，能有效解决传统傅立叶变换技术的局域性差的问题，避免不同区域不同级频谱的重叠。相关论文发表国际权威学术杂志。最近受美国光学学会会士和SPIE会士(OSA/SPIE Fellow)，Swiss Federal Institute of Technology的Pramod Rastogi教授邀请，在他主编的学术专著“Phase estimation in optical interferometry”中撰写一章“窗口傅立叶变换位相分析技术”，介绍本实验室的相关工作。
2. 数字全息技术研究。在动态数字全息显微成像方面，为了避免在数值再现过程中的人工干预，提出了一种基于小波脊的位相重构技术，和一种自动提取数字全息虚像再现项技术，论文发表在“Optics Express” 和“Applied Optics”等国际权威学术杂志。在弱相干光数字全息研究方面，在国内首先实现了基于弱相干光源LED的数字全息成像。
3. 表面等离子体共振成像技术研究。提出了一种同时获取幅度图像和位相图像的表面等离子体共振成像技术，可大大提高光学表征的动态范围，增大高通量分析的通量数，论文发表在“Biomedical Optics Express” 杂志。提出了一种基于表面等离子体共振的倏逝波显微成像技术，可实现几十纳米纵向分辨率的细胞膜成像，纵向分辨率优于传统的全内反射倏逝波显微成像技术，论文发表在“Journal of Biomedical Optics” 杂志。
4. 研究发现美国学者Anderson等人用ePSF函数拟合ESO/2.2M望远镜的观测图像的位置测量精度并不比2D Gaussian拟合优更高的精度，但ePSF方法要复杂得多。另一方面，对欠采样图像也采用了计算机仿真的方法进行了深入研究发现图像欠采样后位置测量的误差与拟合Gaussian函数的FWHM和真实星象的FWHM的差异有关，它们几乎成比例的变化。在国外学者提出利用误差函数方法研究图像欠采样的基础上，利用迭代拟合原理，得到了测量精度成倍提高的好结果。
5. 利用威海天文台1米望远镜观测M39的资料分析表明，美国海军天文台UCAC3星表的自行具有明显的误差，证实了德国学者的最新发现。对木星卫星联合天象观测的图像处理的研究表明，图像去晕对两卫星光变曲线有着明显的影响。CCD图像几何扭曲的研究取得了突破性进展（中国科学2011）。
6. 与法国国家天文台建立了天体测量、动力学与空间科学中法联合实验室。
(四) 光谱信息与应用技术方向
致力于光谱信息与生物医学光子学的相关研究，主要研究方向：（1）现代光谱技术在生物医学、药学等领域中的应用以及相关快速、实时、在线、原位检测仪器的研发;（2）可在单个活态细胞、分子水平上对生物组织和材料作无损、原位、实时、高灵敏度测定的激光和光电子技术；（3）生物光子传感技术和新的成像技术在生物医学方面应用的研究。
取得的成果如下：
1. 细胞表面原位单分子探测和单分子力谱研究
利用近场光学显微镜结合量子点标记探测细胞表面特异性分子的分布及其功能，达到了50nm的高分辨率，探测各种免疫细胞、癌细胞、干细胞表面分子在国际和国内处于领先水平。利用原子力显微镜和针尖化学原理将修饰了特异性分子的针尖（如抗体）去探测细胞表面特异性分子（如抗原）之间的单分子作用力。探测细胞表面单个分子在病原体刺激以后变化情况，为了解病理机制和研制新的药物提供实验依据。获得了国家科技部973重大项目的资助和国家自然科学基金委海外及港澳学者合作研究基金的重点项目资助。
2. 光谱分析的建模体系和方法学研究
提出了严谨的光谱分析建模体系，建立各类变量的大范围优化平台，提出多种有效的波长优选方法（如ECMWMLR方法和伙伴波长筛选方法等），在第14届国际近红外光谱会议和第2、3届亚洲近红外光谱会议上作为大会报告介绍，具有国际知名度，并申请了相关发明专利。上述建模体系和方法在可见-近红外、FTIR/ATR光谱分析的应用中都取得良好的效果。
3. 近红外光谱、FTIR/ATR光谱在地中海贫血筛查、土壤分析、甘蔗制糖分析中的应用
承担国家自然科学基金、粤港招标项目、广东省科技计划重点专项和引导项目、广州市科技计划重大专项和产学研专项、国家重点实验室开放基金和横向课题等15项，建立地中海贫血筛查指标的光谱方法，提出光谱分类的MWPCALDA方法，成功的应用于地贫基因携带者的阳性、阴性的判别，具有无试剂、简便快速、适合大人群的优点，有重要应用前景。研究土壤多成分的近红外分析方法，研制了土壤专用近红外分析样机，具有无试剂快速测定的优点，其光电信噪比达到了可行的检测精度。系统研究甘蔗制糖相关产物（包括甘蔗叶、初压汁、清汁、清糖浆、废蜜、白砂糖、制糖废水等）的近红外光谱、FTIR/ATR光谱的分析方法和波长优选，可为研制专用仪器提供依据。
4.光谱成像技术及其应用研究
包括光谱成像装置研制和光谱成像技术在中药材成分分析的应用研究。完成了可见光液晶光谱成像装置的功能完善和推扫式光栅光谱成像装置的研制。开展中药材成分检测的应用研究，采用荧光光谱和透射吸收光谱方法对40多种常用中药材和名贵中药材进行了光谱成像分析。具有快速、无损、较为完整地表现药材的组分的优点。培养博士、硕士研究生多人；发表论文19篇，其中9篇被EI和SCI收录。获得国家青年科学基金1项，广东省自然科学基金1项，广州市重点基金1项。
5.光谱技术在工程和医学上的应用
研制的紫外-可见光多光谱痕迹检测仪已经应用于公安侦察工作。所研制的定量免疫荧光检测仪已经进入临床试验。