实验室以推动微细加工光学技术中关键科学和技术问题的实质性进步为目标，以基础研究服务于国家重大战略需求为宗旨，瞄准微纳光学国际前沿，围绕电磁波与微纳结构相互作用，深入研究微纳结构中电磁波的新现象及机理、微细结构的产生方法，形成新概念材料、微纳光电子器件及系统等方面的基础和应用基础创新研究、人才培养和科普教育基地。
目前实验室主要开展微纳光学及亚波长光学、微光学与微系统、微纳加工技术及装备、高分辨成像及光谱技术四个方向的研究。研究内容包括：亚波长人工结构材料、超衍射光学、视光学波前工程、微纳光学、微细加工技术及装备、MEMS技术、193nm光刻、轻量化高分辨成像等。
我室科研经费逐年递增，并取得了一批高水平研究成果：建立了具有特色的微光学技术研究平台，以实验室提出的移动掩膜曝光法为基础，通过优化设计和发展新工艺，解决了光刻过程中多种微浮雕结构的高保真传递，制作出大数值孔径、从红外到紫外的宽波段、深浮雕、非球面、高填充因子的微列阵元件，实现了小系统集成。研制成功用于哈特曼波前传感器、红外焦平面探测器中的光聚能器以及半导体激光器的波面整形的列阵元件，为国家863高技术发展做出了贡献。衍射微透镜列阵实用化研究达到了国内领先、国际先进水平。面向航天事业发展的需求，在国内首次将折衍混合光学系统的研究成果应用于航天光学系统。折衍混合成像光学系统具有视场大、重量轻、无畸变和温度适应能力强等特点；用于空间成像折衍混合成光学系统，其透过率为传统光学系统的2.2倍，作用距离提高一倍。实验室研制的星敏感器，可使卫星姿轨控制精度提高近1个数量级，这些研究成果在军事、航天以及民用领域有着广阔的应用前景。坚持不懈地研究微电子光刻关键单元技术。突破了大数值孔径光刻物镜的设计和研制、均匀照明系统、高精度同轴对准和工件台定位等高难度的单元技术，使我国成为世界上能研制生产g线、i线大数值孔径投影光刻物镜的少数国家之一，该项成果获得中国科学院科技进步一等奖，并成功研制出国内首台0.8μm投影光刻机，获国家科技进步三等奖，为我国微电子装备的发展提供了技术基础。实验室还深入系统地开展了波前工程的研究, 利用准分子光刻系统，采用相移掩模技术使分辨率从0.5μm提高到0.3μm；开展了原子力光刻技术前瞻性研究，取得良好进展。1997年以来，获得国家科技进步奖三等奖1项，中国科学院科技进步奖一等奖1项，三等奖1项，中国科学院自然科学奖三等奖1项，四川省科技进步三等奖1项。受理发明专利20件、授权实用新型专利24件。在国内外核心科技刊物及各类会议上发表学术论文260余篇。
经过2012年新一轮的国家评估后，实验室陆续制订了一系列有关人才引进、高水平科研成果和管理机制等方面的战略规划，面向微光学、折衍混合光学和微电子光学技术国家重大需求，面向信息领域的国际高科技前沿，争取将实验室建设成为微光学、微电子光学技术创新的国际一流研究基地和培养高水平研发人才的基地。