펨토초 또는 그 이상의 시간정밀도를 가지는 극초단 광원 기술의 진보로 물질을 구성하는 미시세계의 양자적 특성을 규명하는 연구가 가능하게 되었으며, 극히 짧은 순간에 높은 레이저 출력을 물질에 집속하여 만들어지는 고온의 고밀도 플라즈마와 초강력 전자기장 환경의 구현으로 우주와 물질의 근원에 대한 실험적 접근과 새로운 고에너지 방사선원을 실험실에서 구현하고 활용하는 연구가 이루어지고 있음
시간적으로 연속적인 파를 형성하는 고출력 레이저나 반대로 펨토초나 아토초와 같은 짧은 순간의 극초단 펄스 광원 등장은 비선형 현상을 극대화시키기에 충분한 에너지 세기를 가져서 원자/분자간의 상호작용 영역을 확장하여 빛을 이용한 새로운 빛의 개발이 활발히 진행되고 있음
레이저는 모든 광학 분야의 연구 및 응용을 위한 광원으로, 특히 고체 및 광섬유 레이저는 다른 레이저 광원에 비해 고출력에서도 고품질의 빔 특성을 가지고 있을 뿐 아니라 출력 및 동작 특성에 있어 확장성이 뛰어나서 최근 들어 산업 및 국방 분야에서 광범위하게 응용되고 있음.
나노포토닉스의 주요 설계인자는 유전율의 공간 함수이므로 기저의 역할을 수행하는 다양한 유전율의 확보와 파장 이하의 스케일을 가지는 단위 구조의 정교한 배치가 함께 요구됨. 잘 알려진 유전체 및 금속의 혼합을 통해 새로운 유전율 특성을 나타내는 인공물질(메타물질)을 실현할 수 있는데, 이러한 메타물질은 설계의 자유도를 배가함. 마찬가지로 단위 구조가 높은 질서도를 유지할 때 등장하는 띠 분산(band dispersion)의 특성을 적절히 활용하면 빛의 파수벡터에 따른 유효굴절률을 인위적으로 제어할 수 있음.
테라헤르츠 포토닉스(THz Photonics)는 최근의 광-나노 기술의 발전에 힘입어 기술혁신이 촉진되어, 새로운 분야 개척을 가속화 하는 중. 기존에 전파천문과 분석과학 분야에 연구되었지만 그 대상이 매우 제한적이었는데, 새로운 광원, 검출기, 소재, 소자 등의 연구가 진행되어, 새로운 센싱 기술 및 수백 GHz의 무선 통신기술, 초고속 신호처리 기술 등이 추가 되면서 그 학문 분야가 확장 중임. 펨토초 레이저의 발전에 의하여 100 THz를 넘는 초광대역 극초단 전자파 펄스 발생 및 시간 영역 측정이 가능해졌으며, photo-mixing에 의한 수백 GHz 대역의 무선통신 기술이 개발되었고, 나노기술과 결합하여 높은 정밀도로 제어된 반도체 양자우물 구조의 제작을 통한 양자종속레이저(QCL)의 THz 발진이 가능해짐.
바이오포토닉스는 광학을 기반으로한 물리학과 다른 분야 사이의 상호작용이 활발히 이루어지는 학문 분야로서 공동 연구 분야는 생물학, 의학, 화학, 전기/전자 공학, 기계 공학, 물질과학 등 거의 모든 분야를 아우르고 있음. 비교적 최근에 정착된 학문 분야로 우리나라에서는 2000년대에 해외 우수 인력들이 대거 유입되면서 활발한 연구 활동을 이어오고 있으며 지난 20년간 국내 연구 능력을 세계적 수준으로 견인하였음.
양자광학(quantum optics)은 광-물질 상호작용에 대한 이론 및 실험에서부터 양자광원생성과 양자상태의 제어 및 측정 등 기초과학 성격을 가짐. 원자, 분자 및 광물리학의 기초학문의 발전을 토양 삼아, 최근 양자정보과학 분야가 발전함에 양자컴퓨팅, 양자통신, 양자센싱 등 응용 가능성 때문에 많은 관심을 받음. 기초과학 성격이 강하기에 이론과 실험을 병행해야 해서 진입장벽이 높은 편이고 물리학과/수학과에서 활발히 연구해왔고 최근 전자과, 기계과, 신소재공학과 등 공학 분야에서도 연구가 늘어나는 추세임.
렌즈와 반사경은 전통적인 기초 광학의 영역에 포함되어 많은 기반 지식이 축적되어 있으나 대형 천체용 또는 우주용 망원경, 가속기등의 거대과학을 추구하는 분야나 EUV 리소그라피등 첨단산업등에서 새로운 형태이면서 높은 품질을 요구하는 광학부품에 대한 수요가 발생하면서 이를 위한 새로운 측정 및 가공 방법등에 대한 연구가 활발히 진행되고 있음
