光电系统实验室以半导体研究所雄厚的光电子器件研究实力为依托，围绕国家战略需求，进行光电系统与技术的研究，致力于促进我国光电子产业的发展。
目前实验室的主要研究方向括：
光纤传感；
激光探测与成像技术；
激光雷达技术；
无线光学通信；
半导体激光显示。
光电系统实验室拥有国际一流设备与仪器，为科研活动的开展和人才培养提供了良好的条件。目前承担约20项国家级和院内外项目，包括国家“863”项目、国家自然科学基金项目、中国科学院重大项目和重要方向性项目，还承担多项国防基础科研项目和企业合作项目。将科学研究与社会需求紧密结合是光电系统实验室的重要特色。近年来，实验室的多项研究成果在油气勘探、地震监测、海洋观测和激光制导等领域得到应用并获得好评。
如：
光纤传感网络设备和器件应用于国家西气东输工程、上海跨海大桥和深圳国际会展中心等重大工程中；
光纤光栅色散补偿器应用于华为技术有限公司的光网络系统中；
红外激光夜视仪广泛应用于边防、公安、油田林场等重要场所和领域。
中国科学院半导体研究所-迅捷光电联合实验室是光电系统实验室的重要组成部分。联合实验室主要进行光纤光栅传感技术在电力工业中的应用研究。