微纳集成光学器件研究所主要研究基于平面光波导技术的集成光学传感器和通信模块。微纳集成光学器件拥有集成化成本低，稳定性高，选择性好，抗电磁干扰强等独特优点，使得它在医学药品分析、食品安全控制、环境监测、通信模块等诸多领域具有广泛的应用。

利用集成光学传感技术设计出机器人用触感集成光学传感器是本研究所主要研究方向之一。触觉作为智能机器人实现与外界环境直接作用的必须媒介是一种非常重要的感知形式。作为视觉的补充，触觉能感知目标物体的表面性能和物理特性（粗糙度、温度、硬度、导热特性等等）。

实现应用于量子通信的集成光学器件是另外一个主要研究方向。目前量子通信所用的光学器件主要由自由空间光学器件组成。自由空间光学器件存在体积大和校准难度大，而且对周围环境非常敏感的缺点。集成光学技术作为有效的解决方案之一，主要在硅基，LiNbO3, 玻璃，高分子聚合物等平台上进行研究。利用集成光学技术，有效地产生、控制、分析、测量量子纠缠特性是实现量子通信的关键技术。

研究所的光传感器设计基础研究实验平台，利用平版印刷技术，探索机器人集成光传感器设计及应用，在基础理论及应用层面支撑机器人领域光传感器产业。