1.超快光子学：（1）飞秒激光成丝、激光等离子体光谱及物理机制研究（包括空气激光产生机理与应用、等离子体光谱演化与调控），发展飞秒激光雷达、激光等离子体光谱分析应用装备；（2）瞬态吸收光谱与超快动力学（包括气相、液相、固相材料的瞬态吸收光谱，激光点火与燃烧动力学等）；（3）飞秒高次谐波产生与阿秒光谱研究（包括气体、固体靶高次谐波产生与机理，极紫外光探测器件与阿秒脉冲测量装备）；（4）超快光场的时空调控与应用。

2.精密激光光谱技术及应用：（1）高分辨高灵敏激光光谱技术与器件研究（包括激光光声光谱、激光吸收光谱、激光诱导荧光光谱等技术，基于相关技术发展高分辨、高灵敏光谱传感器件、高精度探测仪器）；（2）面向激光光谱分析的激光光源与器件（包括紫外至中红外光参量激光、极窄线宽宽调谐纳秒激光器、高峰值功率微型激光器、拉曼激光器等）。

3.光学相控阵技术：（1）新型光学相控阵芯片的设计和研制（包括偏振、振幅和相位等多种调制方式以及芯片耦合封装）；（2）光学相控阵的光束优化、扫描控制和光场调控技术；（3）相控阵激光雷达技术及智能光计算回波分析；（4）光学相控阵在扫描成像、关联成像、全息成像、光通信等方面的应用技术。

4.激光水下流场诊断技术：（1）研究激光流场探测技术（包括复杂结构光场相干探测技术、PIV水下流场探测技术），对流场速度、涡量、通量等参数进行测量；（2）研究微纳离子粒度测量技术（包括激光散射粒度测量技术、基于深度学习的数字全息技术），对流场中微纳粒子浓度、三维空间分布、粒径分布等参数进行测量。

5.硅基光电子原理、器件及应用：（1）研究硅波导中超短脉冲的非线性传输特性（包括自相位调制、交叉相位调制和四波混频等）；（2）研究硅波导光功能器件，包括硅波导耦合器、功分器和微环滤波器等线性器件，以及超短脉冲压缩和波长转换等非线性器件；（3）研究硅波导光电子芯片在光通信、光传感等领域的应用。

6.水下光电信息技术：（1）研究水下无线光通信技术（包括信号模拟仿真、高速光通信技术）；（2）研究水下无线光通信技术（包括视觉测量、双目视觉、图像增强、激光扫描成像等）；（3）研究水下光学工程应用技术（包括深海光通信技术及海试方案设计、深海视觉测量、水下光学接驳导引等）。

7.极端光场信息感知技术：（1）研究微弱光信号的相干探测技术；（2）研究遥感设备及图像处理技术；（3）研究强激光与物质相互作用及测试技术。

8.生物医学光学成像： 将光学成像技术应用于生物医学基础研究和临床诊断领域。研究高光谱显微成像、荧光光谱和荧光寿命成像、超分辨成像等技术及其生物医学应用，并与人工智能相结合，实现图像融合、处理与分析计算。