在國內周炳琨院士首先開展了“晶體纖維生長與晶體光纖器件研究”，七項成果經鑒定為國際首創或先進。開辟了光電子技術新方向和晶體材料生長新方法。“窄線寬可調諧半導體激光器及相關技術”通過七項成果鑒定，線寬、頻穩度和調諧範圍達國際先進水平。為發展相幹光通信作出了貢獻。在“光纖高溫傳感器”、光纖環形腔的細度及環形激光器研究中達到國際先進水平。他指導下所取得的科研成果先後獲得國家科技進步三等獎、國家發明四等獎和國家教委科技進步壹、二、三等獎，由他參加主編的《激光原理》獲國家優秀教材獎。1984年周炳琨院士在國際上首先研制出“LD泵浦固體激光器”，實現了當時世界上效率最高（6.5%），線寬最窄，頻率最穩定的固體激光器。他發明了“單片微型YAG環形激光器”。90年又研制出“LD泵浦NYAB自倍頻激光器”。以上工作開創了固體激光新領域。
1960年激光器在美國發明時，他在蘇聯參加了第壹批紅寶石激光器的研制工作。回國組建激光研究小組，研制成功激光測踞儀，機載測高儀，氦鎘激光器等，1978年獲全國科技大會獎。1980年主編《激光原理》，獲國家優秀教材獎和電子部優秀教材特等獎。1984年在美國完成“半導體激光泵浦YAG因體激光器”等研制工作。回國後領導研究集體開展了“外腔半導體激光器”，“半導體激光泵浦固體自倍頻綠光激光器”，“單晶光纖生長器”，“光纖環行腔及其應用”，“光纖放大器與激光器”，“光纖高溫傳感器”，“光弧子傳輸”，“波分復用光纖通信技術”等研究，獲國家級和部委獎6項，專利10余項。在國內外發表論文90余篇。培養博士研究生15人。