1.量子可积系统与非线性物理  开展量子多体系统精确解、热力学性质、非线性效应、新奇量子态及其实现方式、拓扑激发及其动力学演化、精确量子态的制备与测量、量子信息和量子计算基础理论的研究，为其在量子光学上的实现、精密量子操控和测量以及光通信方面的应用提供理论依据和新手段。

2.量子场论和宇宙学  开展量子引力和宇宙学的研究，围绕AdS/CFT对偶的理论机制、引力/流体对偶理论和黑洞和暗能量暗物质模型展开深入研究，探索爱因斯坦统一场论的终极梦想。

3.电子结构理论与计算物理  以高性能并行化算法与程序的研究与开发为核心，开展相对论量子化学理论和应用、过渡金属化合物的电子结构理论研究并将其应用于电子结构计算和材料设计。通过理论计算实现对材料的调控设计，深入研究其物理性能、界面效应、输运性质、催化机理等，为材料的制备和应用提供物理基础。

4.光学传感与测量  瞄准国内外光学传感检测与先进光学器件研究的前沿课题，解决我国光学器件在油气资源测井、油气管道安全监测、激光精密加工等行业应用中的关键问题，取得标志性原创成果；在探索光物理中新机理的基础上，开发新型光学传感技术与先进光学器件及相关仪器设备，开创满足行业需求的基础研究与实体应用紧密结合的研究思路，为陕西省乃至全国地层能源勘测等领域提供技术支撑体系和创新平台，并拓展其在医学、文物保护等方面的应用。

5.激光技术及应用  重点在极端超短超快激光创新发展、极端超短超快激光与物质相互作用的新效应新物理、阿秒科学前沿开拓与超短量子相干控制、超强光场驱动的高性能高能粒子束的产生及其应用、以及基于超短超快激光的精密测量与精密光谱学等方向开展研究。开发基于超分辨荧光成像、超快时间分辨率的微纳流控芯片快速分析技术及仪器，以及高效高灵敏度的生物单分子芯片系统、有毒有害痕量污染物快速检测仪。开展全固态大功率红光、绿光等多波长激光器、光纤激光器的研制及其在科研、工业、军事、制造、生物医疗等方面的应用开发，推动与化学、材料科学、生命科学、信息科学的交叉。

6.光电功能材料及应用  致力于新能源材料、石墨烯新材料的物理性能、界面效应、输运性质及其制备与应用的研究。重点方向为LED发光材料、功能纳米孔材料、光伏电池用石墨烯改性导电银粉银浆材料、高容量锂离子电池材料、钙钛矿吸光或发光材料以及超材料的设计与开发、光控浸润与维纳结构自组装等