应用光学北京市重点实验室成立于2000年。实验室主任是刘大禾教授。本实验室以开展应用光学研究为主要方向，以新技术的研发为主，着重于原理创新和关键技术创新。同时，有重点地开展两个方面基础研究，为今后的应用研究打下坚实的基础。
主要研究方向有六个
布里渊散射及其在激光雷达中的应用。在海洋激光雷达的原理方面提出了创新性的思想，在具体技术方面也取得了创新性的突破。已受到国家科技部门、国防科工委和总装备部的重视，并立项支持。目标为在应用研究上取得重大进展，为实现部队的装备化打下坚实的基础。
导管x光学及x光透镜。近5年在导管x光基础理论研究、透镜计算机模拟计算、透境生产工艺改进及x光透镜的应用开发方面做了大量工作，在导管X光聚束器件研制自动化方面取得了重大进展。研究目标为进一步加强X光聚束技术研究、X光聚束技术的应用研究及相关产品研发。
光电探测技术。致力于光辐射、颜色测量的技术方法的研究，特别是相关测试设备的研发，研发的OEL综合测试设备被中科院及北大、清华、复旦等多所重点大学购买及应用，产生了一定的影响；研发的快速光谱及弱光测试装置在航天领域投入使用；我们的产品年均销售约二千台，年产值近三百万元。目标为进一步开发新产品并占领市场。
光谱学。系统研究纳米材料的性能、微结构尤其是光谱学特征，找出纳米材料特殊的规律，建立描述和表征纳米材料的新概念和新理论。（纳米）稀土发光材料在信息显示、医疗健康、照明光源、粒子探测和记录、光电子及农业、军事等领域有广泛的应用前景。目标为在应用研究方面取得大的突破。
量子光学。主要开展量子信息与量子计算以及光信息在冷原子介质中的存储等方面的基础研究。这是今后信息技术革命的新方向。
光子晶体。主要开展用低折射率材料实现全空间禁带及在三维全息光子晶体中掺杂的研究。目标为今后的应用研究打下坚实的基础。
