张晗主要研究方向为光纤激光器、非线性光学、光纤通信与电子器件、低维材料信息光电器件等研究；科研成果包含：（1）揭示石墨烯、磷烯等二维原子晶体超快非线性光学特性及调控规律，基于其可控可调光学饱和吸收效应，突破调制深度、工作波段等局限，研制出宽波段高性能可饱和吸收器件，应用于覆盖从可见光到中红外波段超短激光脉冲产生，开拓二维原子晶体可饱和吸收器件宽波段超快激光研究领域，填补中红外被动调制超快激光的技术空白；（2）基于其独特非线性光学吸收、克尔、电光等效应，解决主动调制器件工作带宽、响应波段、功耗等难题，开发国际上最大带宽100G石墨烯电光调制器件，开发（基于全光、电光非线性效应）主动调制超快激光新技术，突破中红外主动调制超快激光的技术壁垒；（3）结合磷烯光学及生物学优势，实现非线性光控药物高效负载及缓释，阐明高效光热/光动力非线性超快作用机制，揭示超快激光免疫协同治疗机理，开辟非线性超快激光治疗应用新方向。

据2024年5月深圳大学物理与光电工程学院官网数据，张晗以通讯作者发表高水平论文超过50篇。

据2024年5月深圳大学物理与光电工程学院官网数据，张晗主持承担超快激光领域科技部重点研发、基金委重点、国际合作重点、国防重点等国家级项目十余项。

据2024年5月深圳大学物理与光电工程学院官网数据，近五年来，张晗培养的学生/博士后受聘成为青年教授超过15人，包括泰山学者、哈佛大学助理教授、江苏省特聘教授、广东省杰青等；指导的博士研究生3人次获王大珩光学奖高校学生光学奖，1人获全国光学工程学科优秀博士学位毕业论文提名奖；指导的博士后2人次获广东省杰出青年基金、2人次获湖南省优秀青年基金、1人获山东省泰山学者等。

“张晗在二维材料非线性光学及新型功能器件领域做出了开创性贡献。”（美国光学学会评）

“张晗为中国光电材料与器件研究在国际上占有一席之地做出了贡献。”（深圳大学新闻网评）

“张晗不仅科技工作成绩斐然，也是一名具有高度社会责任感的参政党成员。”（中国民主同盟广东省委员会评）