自建立以来，实验室立足于光通信领域应用基础研究，围绕国家科技发展战略目标，针对学科发展前沿，开展先进光传输、光网络、光传感与信号处理、光电子器件与集成等研究，在光子学基础、硅基光电子技术、高速光纤传输、光传感等方面取得了一系列国际上有影响的原创成果。同时积极将科研成果转化为生产力，服务国家战略需求和国防建设，先后八次获得国家科技进步奖。
实验室与产业界开展紧密合作，解决光通信集成芯片“ 卡脖子” 技术难题，推动行业应用发展。与华为合作建立“先进光技术联合实验室”，开展产学研合作，掌握硅基高速低功耗电光调制器和光交换核心技术，为小型化、低成本和高密度400G光模块和5G光交换机系统的实现提供了优越的解决方案，成果荣获华为技术合作领域2021年度“优秀技术成果奖”；与华为开展硅基全固态相干激光雷达芯片研究，通过硅和III-V族材料混合集成实现调谐范围达172nm的4kHz线宽外腔激光器，为目前已知报道中调谐范围最大的片上激光器，该激光器与光学相控阵集成实现了相控阵激光雷达发射芯片，获得2022年度OFC会议康宁杰出学生论文大奖（全球仅一位）。与中兴通讯合作建立“先进通信技术联合实验室”，研制下一代硅基光互连核心光引擎，解决数据中心和超算数据交换和传输“电子瓶颈”问题。设计实现硅基低损耗、紧凑型可调延迟线，成果入选2017年中国光学十大进展，并以此为基础实现硅基八通道微波光子波束成形芯片。
北京与上海实验区联合团队针对6G无线前传容量与信噪比受限的双重挑战，提出基于克隆光梳及多芯光纤的数字模拟混合自零差架构，运用克隆光梳成功实现了32.8Tb/s超大容量和65536-QAM超高制式无线信号的光纤前传；通过多芯光纤与宽谱光梳的空分、波分多维复用，实现了0.879Pb/s的超大容量和1048576-QAM超高制式无线信号的光纤前传，为未来光纤无线融合接入提供了技术基础和可行架构。研究成果发表于Nature Photonics、Nature Communications等光电子领域期刊，并作为OFC2023PDP、ECOC2022PDP在国际光通信顶会报告。
实验室针对互联网和数据中心对光纤通信大容量、低成本的迫切需求，在光传输系统架构、编码调制技术和信号处理算法等方面取得一系列突破性学术成果。同时，与华为共建联合实验室，开展深度产学研合作，推动关键技术的落地应用，进一步提升了我国企业在光传输领域的国际竞争力，在光传输领域持续保持世界领先水平。
近五年来，实验室将集成硅基/铌酸锂调制器、少模光纤与先进数字信号处理技术结合，发展了一系列超高速、超大容量光传输系统，实现了国际上第一个硅光调制器单通道200G光传输、集成CMOS硅光调制器170Gbaud、单通道408Gb/s铌酸锂调制器光传输、P比特1024-QAM信号光载无线前传；提出了一类涟漪纤芯少模光纤设计方法，利用自研7芯10模光纤与复用器件实现了单纤5.27Pbit/s传输50km的最高容量记录。成果发表在光通信顶级会议上发表（ECOC2023PDP论文，OFC2022高分论文、 OECC202417PDP论文），并发表在Nature Communication2024上。
实验室瞄准超宽带雷达、超高速示波器、大容量光通信等前沿领域对超宽带模拟信号高精度数字化的迫切需求，突破光采样时钟优化、多通道宽带响应分析、集成芯片优化设计等关键技术难题，研制的大带宽模数转换系统在采样速率、工作带宽、量化精度等核心技术指标上处于世界先进水平。
在大容量光传输所需的光辅助超高速信号处理方面，实验室基于硅基集成光子处理器，攻克了多波长并行光计算系统校准和超高精度权重加载两个难题，利用时间—波长平面拉伸，在片上实现光域卷积计算，为全集成光子神经网络应用奠定基础，相关成果2023年度发表在Nature Communications期刊上。
硅基集成光子处理器