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，围绕国家战略需求和科学技术前沿，进行光电系统与技术的研究和产品开发。目前实验室的主要研究方向括： 光纤传感； 红外技术与系统； 光信息处理； 无线光通信； 半导体激光显示。
实验室拥有一流的仪器设备，承担多项国家级和院级项目，包括国家863项目、国家自然科学基金项目、中科院重大项目和重要方向性项目。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得到应用并获得用户好评。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。