2002年9月至2003年国庆期间，华中科技大学在教育部和湖北省的大力支持下，多次到科技部汇报，积极申请筹建“武汉光电国家实验室”。2003年11月25日，科技部发文筹建五个国家实验室，武汉光电国家实验室得以批准筹建，其依托单位是华中科技大学，参与组建的三家单位是：武汉邮电科学研究院、中国科学院武汉物理与数学研究所、中国船舶重工集团第七一七研究所。20年来，在教育部、湖北省、武汉市、东湖高新区和学校的指导和支持下，在两任主任叶朝辉院士和骆清铭院士的带领下，武汉光电国家研究中心全体师生不懈奋斗，取得了显著的成绩，跻身于全球光电研究机构前列。
武汉光电国家研究中心致力于打造一流学科。2012年，国家实验室支撑的“光学工程”学科并列全国第一。2017年武汉光电国家研究中心支撑的“光学工程”和“生物医学工程”学科被评为A+学科，“计算机科学与技术”学科进入A类学科。2022年武汉光电国家研究中心支撑的“光学工程”学科保持A+学科，“生物医学工程”“计算机科学与技术”保持A类学科，并支撑“物理学”“化学”进入A类学科。
自2008年起，实验室SCIE论文总数、被引总频次、ESI高被引论文数在国际知名光学研究机构中排名第一，至今一直保持领先地位。2005-2023年9月研究中心在光电领域核心期刊Optics Express和Optics Letters上发表论文占比1.67%，在全球十所知名光学机构排名第一。2010年，Science以“显微光学切片层析成像获取小鼠全脑高分辨率图谱”为题正式刊发武汉光电国家实验室骆清铭教授团队的研究成果。标志着以华中科技大学为第一单位和唯一单位发表Science论文实现零的突破。
武汉光电国家研究中心致力于前沿科学研究。注重加强原创性、引领性前沿科学攻关，研究了微器件光学及其相关现象，提出了一系列新理论和新方法；从理论、方法、仪器到应用开展了飞秒激光显微成像研究，取得了系列创新成果；发现了复合电极材料的多个结构因素对离子扩散、电子传导及结构稳定的协同影响机制；开创了脑空间信息学科，创建了亚微米体素分辨率的小鼠全脑高分辨三维图谱；提出双色光阿秒调控方案，在国际上首次理论突破百阿秒壁垒，建立光电离和阿秒光电子全息理论；挖掘出与电磁波空间螺旋相位分布相关联的轨道角动量这一电磁波潜在新维度资源，将轨道角动量成功引入到光通信中；突破了无空穴传输材料型介观钙钛矿太阳能电池关键技术，研制出全球至今最高稳定性的器件；获得国际上首个大面积（1cm2）钙钛矿太阳能电池认证效率纪录，写进Martin Green编纂的权威效率纪录表；大幅提升高效铂镍合金催化剂在实际燃料电池器件中的服役水平和寿命，有望成为发展燃料电池行之有效的关键手段；获得了热化学电池领域最高相对卡诺循环效率11.1%，实现了热化学电池相对卡诺循环效率的大幅度提升；基于辐射制冷原理和结构分级设计理念，研发了具有形态分级结构的超材料织物，在户外暴晒环境可为人体表面降温近5℃；创新性地提出了一种同质晶体管-存储器架构和新型类脑神经形态硬件；显著提升了钙钛矿电池的光电转化效率和工作寿命，为该类新型光伏技术突破产业化瓶颈提供了卓有成效的解决方案；研发了一种两亲性分子空穴转运体，增强钙钛矿沉积，最大限度地减少了埋藏的界面缺陷；揭示了钙钛矿中强的光子与声子的耦合作用引发的高效自限域态的激子发光，研究的非铅双钙钛矿避免了传统材料光谱不稳定和自吸收等问题；突破性证明了传统的双折射晶体中存在“幽灵”双曲极化激元电磁波，革新了极化激元基础物理的“教科书”定义等系列成果分别发表在Science和Nature国际顶级刊物上。“显微光学切片断层成像获得小鼠全脑高分辨图谱”入选2011年度中国科学十大进展；基于轨道分辨高次谐波光谱的阿秒尺度分子核动力学探测的成果获得2017年度基础研究类中国光学十大进展；基于非铅钙钛矿单晶的X射线探测器的成果获得2017年度应用研究类中国光学十大进展；高效稳定非铅卤化物双钙钛矿暖白光成果获得2019年度基础研究类中国光学十大进展；在双折射晶体中发现“幽灵”双曲极化激元入选 2021年度基础研究类中国光学十大进展；基于形态学分级结构设计了辐射降温光学超材料织物、发明线照明调制显微术实现了高清成像入选 2021年度应用研究类中国光学十大进展。
武汉光电国家研究中心致力于光电领域技术创新，攻坚克难突破瓶颈。完成的全天时全高程大气探测激光雷达具有技术方案科学、系统集成度高、自动化程度好、工作可靠和使用方便等优点,为中高层大气研究和中高层大气环境监测提供一种高性能探测手段；提出了基于SOA的无源光网络全光波长变换及再生复用的关键技术，攻克了无源光网络的无色复用、突发光信号变换及透明再生三大技术难点；进行海量存储系统研究，形成了异构融合的主动对象海量系统关键技术；建立单细胞分辨的全脑显微光学成像技术体系，首创显微光学切片断层成像仪器（MOST），绘制出世界上第一套单细胞分辨的小鼠全脑三维结构图谱；研制世界上性能最好的星载铷钟，打破了国外的技术垄断，使星载原子钟从当初北斗工程建设的瓶颈转变为工程建设的亮点；具有完全自主知识产权的多界面光-热耦合白光LED封装优化技术的出现突破LED封装涉及的一系列基础技术、材料和工艺方面的技术瓶颈，形成了从基础研究、技术开发到工程应用的完整LED封装技术体系；发明了异构频谱实时聚合理论设计方法、动态适配多业务时频资源调度、高保真低功耗超宽频信号传输，形成了异构频谱超宽频动态精准聚合技术体系。上述成果分别获得国家级科技奖励和省部级一等奖。
武汉光电国家研究中心致力于服务国民经济主战场。针对困扰封装行业发展的重大共性技术难题，突破了高密度高可靠电子封装技术瓶颈，攻克了晶圆级扇出封装新工艺，突破了7nm CPU芯片封装核心技术，解决了电子封装行业知识产权“空心化”和“卡脖子”难题；研制成功具有自主知识产权的实用化介质膜滤光片型DWDM器件，国内市场占有率达70%，国际市场占有率20%；突破了美日欧技术封锁与专利壁垒，连续攻克了“设计、工艺、装备”等三大核心光纤技术体系，掌握了超强抗弯光纤从关键技术到制造工艺再到成套装备的一揽子解决方案；攻克了“超高速超长距离T比特光传输系统”这一业界难题，在光信号整形算法、60GBaud光数字信号处理(0DSP)芯片、实时在线单通道T比特光传输系统设备等核心制高点上实现重大突破；研制的全球首台临床全数字PET，先后获得国家创新医疗器械特别审批和中国医疗器械注册证，在恶性肿瘤、神经性系统疾病、心血管疾病等重大疾病早期诊断、疗效评估和病理研究中具有极大应用价值；自主研制的人体肺部气体磁共振成像装置，实现了1H、129Xe的多核成像，获得了世界上首幅增强5万倍以上的人体肺部气体磁共振成像图。2020年9月，核心装备“医用氙气体发生器”获得全球首个同类医疗器械注册证，2023年8月多核磁共振成像系统获批上市，成为全球首个可用于气体成像的临床多核磁共振成像产品，在疫情期间应用至武汉市金银潭医院等抗疫一线；打破了国外企业在高功率光纤激光器领域的垄断，研制出我国首台最大功率，全球第二大功率10万瓦工业光纤激光器；参与完成高速半导体激光器制备、测试与耦合封装技术的研发；攻克了高耐性酵母干燥装备等瓶颈问题，实现了具有自主知识产权的高耐性系列酵母中耐高糖、耐高温、耐乙醇等系列产品的应用；“强电磁环境下复杂电信号的光电式测量装备及产业化”解决了国际首台全超导核聚变装置1200kA脉冲电流、国际最大750kA电解铝直流电流、国际首台混合型柔直断路器μs级短路电流、国际首台三相共箱GIS电流/电压等测量难题；突破了LED研制的核心技术，成功孵化了新一代LED企业——武汉迪源光电科技有限公司；研制出性能领先世界的全波段紫外UV-LED核心器件，并成功应用在固化、医疗、杀菌、消毒等民用领域和国防军事领域。
武汉光电国家研究中心致力于广泛的国际交流与合作。采取成立国际咨询委员会，建设“高等学校学科创新引智基地”，建设“海外高层次人才创新创业基地”，建设“国家级国际联合研究中心”，创建国际大型国际会议（POEM、PIBM）、武汉光电论坛、武汉光电青年论坛、光子学公开课、“神奇光子学”在线讲坛，创办Journal of Innovative Optical Health Sciences和Frontiers of Optoelectronics两本英文学术期刊，建立国际合作实验室等学术品牌，鼓励教师和学生“走出去”，将海内外高层次人才“引进来”，产生了重大的国际影响。国家实验室发挥国家级战略科技平台优势，积极参与国际大科学计划，致力于不断提升学科的国际竞争力、师者的国际创新力、学子的国际胜任力和自身的国际影响力。通过提升“四力”，不断扩大国际影响力，使国家实验室跻身于国际光电领域研究机构的前列。
武汉光电国家研究中心致力于光电领域高水平人才培养。努力打造一支光电领域高水平的人才队伍和培养国家需要的光电英才。先后获批国家自然科学基金委创新群体5个、培养和双聘院士12人、国家级领军人才14人、973首席科学家11人、国家杰出科学基金获得者25人、教育部长江学者30人、青年千人计划/海外优青入选者48人、国际知名学会会士24人次等高水平人才。致力于培养研究生“追求卓越”的国光精神，鼓励学生乐于学习、勇于实践，在创新创业实践中不断提升自己。研究生以一作发表SCI论文13496篇，其中15名研究生在Science和Nature正刊发表第一作者论文，另发表Science和Nature子刊172篇。共有 2 名博士研究生获全国优秀博士学位论文奖，10名博士研究生全国优秀博士学位论文提名奖，46名博士研究生获得湖北省优秀博士学位论文奖，36名硕士生湖北省优秀硕士学位论文奖。连续5年（2017-2021年）共计有5名研究生获王大珩高校学生光学奖，14名博士毕业生分别获得中国光学学会、中国生物医学工程学会和中国电子学会优秀博士学位论文奖。开展创新创业人才的群体培养机制探索，成效卓著。学生在全国“互联网+”、“创青春”、“挑战杯”三大赛事中荣获金奖14项。研究中心毕业研究生总计 2300余人，研究生就业率超过97%。其中4名博士毕业生成功入选华为“天才少年”。2018年，张新亮教授等“融合产业学科优势，基于’一课三化’举措，推进光电专业创新人才的群体培养”项目获得国家教学成果一等奖。建设国际化示范学院——工程科学学院。学院精心选聘海外高端人才。由外籍院长、欧洲科学院院士、国家外专千人计划入选者Juergen Kurths教授牵头组建了专家管理团队，并从伦敦大学学院等名校引进18名海外教授，联合光电武汉光电国家研究中心优秀师资组建了18个研究型国际化课程团队，在国际化教学模式管理下，一批批优秀学子脱颖而出，在国家级以上竞赛中屡创佳绩。2018年至2021年，学院毕业生综合深造率已经超过80%。学院形成了工医理多学科交叉融合、具有一定特色的工程科学国际化人才培养模式。
武汉光电国家研究中心致力于高精尖平台建设。研究中心努力争取各方资源，搭建科学研究平台。早在2007年初，在湖北省的大力支持下，省科技平台建设领导小组正式为依托武汉光电国家实验室建设的湖北省光电测试中心挂牌，对外向广大广光电企业开放服务。2016年11月，武汉市同意启动生物医学成像“十三五”重大科技基础设施项目申报与建设工作，2021年5月，湖北省发展改革委批复高端生物医学成像设施项目建议书，项目总投资11.1307亿元（含大楼建设1.75亿）。该项目是湖北省与教育部共建的开放性、公益性研究平台，也是光电武汉光电国家研究中心重点规划建设的三大公共研究支撑平台之一。2005年开始建设的微纳工艺与表征平台，是在学校985项目、湖北省和武汉市相关经费，以及研究中心运行费等经费的支持下，建设起来的一个先进微纳结构光电器件研究平台，平台现有2300平方米的超净实验室，拥有近百台（套）微纳制造和测试设备，设备总资产近1.5亿元。目前已经统筹为校级公共科技条件平台建设。根据各研究部科学研究的需要，研究中心还建设了极端激光-物质交互平台、生物光学成像平台等研究平台。
武汉光电国家研究中心致力于促进光电产业升级和科技创新成果快速有效转化，促进创新链、人才链、产业链深度融合，先后成立武汉光电工业技术研究院（2012年）、鄂州工业技术研究院（2016年）、苏州脑空间信息研究院（2016年）等平台，迄今已经完成30多个项目、120多项知识产权的成果转化，累计转化金额达3.3亿元。
二十年来，武汉光电国家研究中心牢记习近平总书记“科学技术是第一生产力、第一竞争力”的指示，坚持贯彻落实“立德树人”根本任务始终与地方经济发展同频共振，共生共荣，迈着铿锵脚步，追求卓越，勠力前行。骐骥一跃，不能十步；驽马十驾，功在不舍。武汉光电国家研究中心作为国家科技创新体系中的新基地，将面向信息光电子、能量光电子、生命光电子三个领域，以与时俱进的精神、革故鼎新的勇气、坚韧不拔的定力，把握建设湖北光谷实验室和高端生物医学成像重大科技基础设施的历史机遇，为争创国家实验室、创建世界光谷砥砺奋进、再创辉煌，为逐步形成支撑光电产业可持续发展的核心能力，推进国家科技自立自强而不懈努力，勇攀高峰。
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