Кафедра была создана на базе отдела нелинейной оптики Института электрофизики Уральского отделения Российской академии наук и Южно-Уральского государственного университета. Созданный в 1987 году членом-корреспондентом РАН Б.Я. Зельдовичем, отдел нелинейной оптики, одновременно с научной работой занимался обучением студентов тогда еще ЧПИ «по системе Физтеха».

«Система Физтеха» признана ныне во всем мире и считается лучшей системой подготовки исследователей. За первые три года студент получает глубокое фундаментальное образование, которое позволяет заниматься научно-исследовательской работой в любой области физики и математики, а в последующие годы учится проводить научные исследования на примере выбранного научного направления под руководством ведущих ученых и специалистов в этой области.

Такая подготовка позволяет студенту в конце обучения опубликовать результаты своих исследований в российских и международных изданиях и сделать существенный задел для будущей кандидатской диссертации.

Преподаватели кафедры, доктора и кандидаты физико-математических наук, ведут научную работу в отделе нелинейной оптики. Их научные труды известны как в России, так и за рубежом. Исследования проводятся при поддержке грантов Российского фонда фундаментальных исследований, Международного научно-технического центра, программы «Университеты России» и программ отделения физических наук Российской академии наук. Ежегодно сотрудники отдела принимают участие в российских и международных конференциях.

Заведующая кафедрой профессор Н.Д. Кундикова удостоена премии Галилео Галилея Международной комиссии по оптике. Студенты, получившие степень бакалавра, могут продолжать обучение в магистратуре не только на кафедре, но и в Санкт-Петербургском государственном университете, Московском физико-техническом институте. Большинство выпускников поступают в аспирантуру как в ЮУрГУ, так и университеты США.

Фундаментальное образование, полученное на младших курсах, позволяет выпускникам успешно работать по любым направлениям, связанным с математикой и физикой.

Выпускники работают в России и за рубежом в университетах, научно-исследовательских институтах и фирмах, выпускающих наукоемкую продукцию.

Фундаментальные исследования в области физической и нелинейной оптики;
Волоконно-оптические средства связи и датчики, лазеры в медицине;
Оптические методы в экологии;
Использование лазеров и мощных потоков излучения в промышленном производстве;
Оптические методы управления и контроля;
Численное моделирование процессов взаимодействия интенсивных потоков излучения с веществом;
Компьютерные методы обработки оптических изображений.