光学工程是以光学为主、信息科学、能源科学、材料科学、生命科学、精密机械、计算机科学、微电子技术等多学科交叉融合的综合学科。学科研究基地包括现代测控技术教育部重点实验室，光电信息与仪器北京市工程研究中心，机电系统测控北京市重点实验室，现代光电测试技术机械工业重点实验室等。
本学科设有四个研究方向：光电检测技术、微光学器件与系统、光纤激光器与光器件、光电信息处理。
1、光电检测技术：研究光电检测技术的基本理论、实施方法、系统和关键技术。侧重于激光测量技术和光纤测量技术等方面的研究。包括光、机、电、计算机相结合的激光干涉测量、激光衍射测量、激光跟踪测量、光纤传感检测、光电多自由度监测等各种物理参数测量仪器和系统的研究。
2、微光学器件与系统：基于严格电磁场理论，研究衍射光学器件、亚波长光栅器件及表面等离子体光学器件的设计理论，实现超分辨成像、光束整形及偏振变换等功能，应用于光学捕获、显微成像、空间多自由度测量及大密度光盘存储等，并进行这些微光学系统的研制及开发。
3、光纤激光器与光器件：研究激光相干合成技术、激光可调谐技术以及双包层光纤、泵浦激光器封装技术，研究单频光纤激光器、飞秒光纤激光器、调Q脉冲光纤激光器、高功率连续光纤激光器以及泵浦合束器、光纤光栅、高功率光隔离器、高功率光纤准直器、光纤耦合声光调制器等光电器件。
4、光电信息处理：采用光学/数字图像技术获取、处理、存储、显示各种物理信息。包括采用光电图像处理技术实现信息的分析、测量与识别;数字全息干涉和激光散斑计量技术测量物体形变;采用各种三维传感技术获取、分析物体三维形貌;光信息存储和三维显示等。
本学科完成国家自然科学基金项目“阵列透镜全息术研究”、“基于数字近景摄影测量的大尺寸三维测量的理论和方法研究”;北京市自然基金项目“双波长全息干涉术”，北京市高校学术创新团队“三维视觉测量技术研究”;国防十一五预研关键子课题“相机主点位置及夹角监测技术开发”;国防重点实验室基金项目“激光干扰效果评价方法研究”;北京市政集团重点合作项目“地下施工设备激光导向技术”等。