Kvantinės elektronikos mokslo atsiradimo pradžia laikomi 1954 m., kai buvo sukurtas pirmasis mikrobangų kvantinis generatorius – mazeris. Tačiau kur kas didesnį stimulą šio mokslo vystimuisi suteikė 1960 m. sukurtas optinis kvantinis generatorius – lazeris. Susidomėjimas lazeriais ir netiesine optika kaip perspektyviomis naujomis mokslo sritimis Vilniaus universitete prasidėjo iškart po lazerio sukūrimo. Lazerių fizikos istorijos pradžia reiktų laikyti 1962 m., kai tuometis Radiofizikos katedros vedėjas prof. P. Brazdžiūnas išsiuntė trejetą studentų – A.P. Piskarską, E. Maldutį ir I. Gulbinaitę – tęsti studijų į Maskvos M. Lomonosovo universitetą, kurį jie sėkmingai baigė 1965 m. Į Maskvos universitetą 1963 m. išvyko dar du Fizikos – matematikos fakulteto studentai – A.P. Stabinis ir K. Burneika. Kvantinės elektronikos perspektyvumas pradėjo ryškėti jų studijų Maskvoje metu, kai 1964 m. Nobelio premija buvo suteikta už lazerių fizikos mokslo pasiekimus N.G. Basovui, A.M. Prochorovui ir Ch. H. Townes‘ui. Pirmieji du dirbo Maskvos fizikos institutuose ir glaudžiai bendradarbiavo su Maskvos universitetu, todėl kvantinės elektronikos studijų lygis ten buvo labai aukštas. Čia vizituodavo fizikai iš viso pasaulio, daugiausia amerikiečiai, prancūzai ir vokiečiai. Baigę studijas visi siųstieji studijuoti įstojo į Maskvos universiteto aspirantūrą, apgynė disertacijas ir grįžo į Vilniaus universitetą tęsti mokslinio darbo (išskyrus I. Gulbinaitę, kuri įstojo į MVU aspirantūrą po dviejų metų, o vėliau išvyko į JAV).
Nobelio premijos (1964 m.) laureato Ch. Townes‘o vizitas į Maskvos Lomonosovo universitetą (1965 m.). Sėdi iš dešinės į kairę: profesoriai S. Achmanovas, Ch. Townes, R. Chochlovas, S. Kornijenko. Stovi pirmoje eilėje iš dešinės į kairę: aspirantai A. Piskarskas, M. Džidžiojevas, B. Akanajevas, V. Fadejevas
Aspirantūros metais užmegztos pažintys su užsienio tyrėjais vėliau labai pravertė mokslininkams, ypač būsimam Kvantinės elektronikos katedros vedėjui akademikui profesoriui A.P. Piskarskui, kuriant ryšius su stipriausiais pasaulio lazerių fizikos centrais, organizuojant Vilniaus tarptautines lazerių fizikos konferencijas ir viešinant pasauliui Lietuvos lazerininkų laimėjimus. Įdomu, kad 1964-1965 m. dar būdamas studentu A.P. Piskarskas kartu su bendraautoriais paskelbė savo pirmųjų tyrimų rezultatus prestižiniame mokslo žurnale. Tai pirmasis Lietuvos fiziko straipsnis apie lazerio spinduliuotės ir medžiagos sąveiką. A.P. Piskarskas tuomet tyrė lazerio spinduliuotės bangos ilgio pakitimus jai sklindant kristalais ir pirmą kartą stebėjo šviesos parametrinio stiprinimo ir generacijos reiškinius. Panašius reiškinius tuo metu aprašė ir JAV fizikai, todėl šie A.P. Piskarsko darbai dažnai cituojami greta užjūrio kolegų darbų.
Maskvos M. Lomonosovo universiteto aspirantas A.P. Piskarskas su diplomantu V. Kolosovu eksperimentuoja lazerių laboratorijoje (1967 m.)
Grįžusiesiems pradėjus dirbti Vilniaus universitete, ėmė kurtis bendraminčių būrelis, kuriuos vienijo bendra veikla kvantinės elektronikos srityje. Prie jų prisijungė Radiofizikos katedroje dirbantis vyresnysis dėstytojas R. Rakauskas. Taip 1969–1970 m. susibūrė stipri teoretikų ir eksperimentuotojų grupė, pasiryžusi dirbti naujoje fizikos mokslo srityje. Vadovaujant vyr. dėst. A.P. Piskarskui, buvo kuriami ir tiriami tolydžiai derinamo dažnio lazeriai. Vyr. dėst. R. Rakauskas nagrinėjo energijos migracijos vyksmus retųjų žemių chalatuose. Vyr. dėst. E. Maldutis aiškinosi netiesinių kristalų ardymo stipria lazerine spinduliuote mechanizmus.
1970 m. buvo įkurta Elektronikos katedra, į kurią iš Radiofizikos katedros perkelti kvantinės elektronikos specialistai. Elektronikos katedra rengė elektronikos specializacijos fizikus, o pagrindine katedros moksline kryptimi tapo kvantinė elektronika. Buvo tiriama parametrinė šviesos generacija netiesiniuose kristaluose, keičiant stiprinimo ir moduliacijos sąlygas, pirmą kartą nagrinėjamos vienalaikio fazinio ir grupinio sinchronizmo sąlygos, siekiama padidinti parametrinės bangų sąveikos efektyvumą, nagrinėjama netiesinė bangų sąveika kristaluose sklindant didelio intensyvumo pikosekundiniams lazerinės spinduliuotės impulsams (A.P. Piskarskas, A.P. Stabinis ir K.Burneika).
Lietuvos eksperimentinės fizikos patriarchas akademikas P. Brazdžiūnas (viduryje), lazerių fizikos ir netiesinės optikos tyrimų Vilniaus universitete pradininkas Astronomijos ir kvantinės elektronikos katedros vedėjas doc. A.P. Piskarskas ir dr. R. Danielius (1982 m.)
1971 m. vyr. dėst. E. Maldutis perėjo dirbti į Puslaidininkių fizikos institutą, kur įkūrė Lazerinės spinduliuotės ir medžiagų sąveikos laboratoriją. 1972 m. kvantinės radiofizikos tematika buvo įtraukta į Molekulinės akustikos probleminės laboratorijos planus. Suformuluotos naujos mokslinių tyrimų temos, kurių trys buvo iš kvantinės elektronikos srities: tolydžiai derinamų 0,78¸1,65 mm srityje ultratrumpųjų impulsų parametrinių generatorių kūrimas; stabilių fototropinių plėvelių ultratrumpųjų impulsų kietojo kūno lazeriams valdyti kūrimas ir tyrimas bei automatizuoto prietaiso netiesinių kristalų lūžio rodiklio itin mažų pokyčių (5·10-3) matavimui kūrimas ir gaminimas.
1974 m. Fizikos fakultete toliau pertvarkant padalinius Astronomijos ir plazmos fizikos katedra buvo reorganizuota į Astronomijos ir kvantinės elektronikos katedrą. Tokiu pavadinimu ji gyvavo 14 metų – iki 1988-ųjų, kai buvo suteiktas naujas pavadinimas – Kvantinės elektronikos katedra. Astronomijos ir plazmos fizikos katedros vedėju 1972 m. buvo išrinktas doc. A. Misiūnas, kuris, pakeitus katedros pavadinimą, toliau jai vadovavo. Pasibaigus jo kadencijai, 1978 m. naujuoju katedros vedėju išrinktas A.P. Piskarskas. Darbams plečiantis, 1983 m. prie katedros įkurtas Lazerinių tyrimų centras (LTC) ir A.P. Piskarskas paskirtas jo vadovu. Tais pačiais metais A.P. Piskarskas apgynė fizikos ir matematikos mokslų daktaro (dabar habilituoto daktaro) disertaciją „Plataus diapazono pikosekundiniai parametriniai šviesos generatoriai ir jų taikymas ultrasparčiųjų procesų spektroskopijoje“. 1984 m. A.P. Piskarskui suteiktas profesoriaus vardas. Tais pačiais metais kartu su kolegomis lazerininkais iš Rusijos, Baltarusijos, Ukrainos ir Uzbekistano už netiesinės optikos tyrimus jis pelnė SSRS Valstybinę mokslo ir technikos premiją. Prof. A.P. Piskarskas KEK vedėjo pareigas ėjo iki 2012 m. Nuo 2012 m. prof. A.P. Piskarskas yra Vilniaus universiteto profesorius emeritas. Kvantinės elektronikos katedros vedėju 2012 m. išrinktas prof. V. Sirutkaitis.
1978 m., pastačius naujuosius Fizikos fakulteto rūmus Saulėtekio al., katedra persikėlė į naujas patalpas. Iki 1981 m. katedros etatai daugiausia buvo ūkiskaitiniai, todėl mokslo darbuotojai, eidami šias pareigas, vykdė ūkiskaitines sutartis. Kartu buvo atliekami ir gilūs fundamentiniai bei taikomieji tyrimai ultratrumpųjų impulsų generacijos, parametrinės šviesos generacijos ir ultrasparčiosios spektroskopijos srityse. Šie darbai buvo plačiai žinomi, todėl katedra galėjo pretenduoti į SSRS Valstybinio mokslo ir technikos komiteto koordinuojamų temų biudžetinį finansavimą. Taip 1981–1983 m. katedra gavo daug naujų mokslo darbuotojų bei inžinierių etatų ir katedros darbuotojų skaičius padidėjo iki 70. Ūkiskaitinių sutarčių lėšomis buvo kuriamos ir naujausia technika aprūpinamos mokslinės laboratorijos. Tai sudarė palankias sąlygas mokslinių tyrimų plėtrai. Dalis šių lėšų buvo skiriama ir katedros mokomosios laboratorijos išlaikymui bei tobulinimui. Kai 1983 m. biudžetinės ir ūkiskaitinės mokslinės grupės buvo sujungtos į Lazerinių tyrimų centrą, dalis patalpų Saulėtekio al. esančiame bendrabučių komplekse (Saulėtekio al. 10) rekonstruotos į Lazerinių mokslinių tyrimų laboratorijas. Valgyklos patalpų rekonstrukcija į laboratorijas tęsėsi daugiau kaip metus, joje aktyviai dalyvavo visi katedros mokslo ir techniniai darbuotojai, įvairiai prisidėdami prie statybos ir įrengimo darbų.
Iki 1991 m. ūkiskaitinės sutartys daugiausia buvo atliekamos įvairių SSRS mokslo ir pramonės įstaigų užsakymu. 1969–1990 m. laikotarpiu įvykdytos 83 ūkiskaitinės sutartys, pagal kurias buvo atliekami netiesinės optikos, lazerių fizikos, lazerinio medžiagų apdirbimo ir lazerinės medicinos sričių fundamentiniai bei taikomieji tyrimai. Kartu jau nuo 1983 m. pradėta kurti įvairius lazerinių prietaisų prototipus. Iš tokių prietaisų galima paminėti: pikosekundinį spektrometrą, sudarytą iš pikosekundinio lazerio ir vieno ar dviejų parametrinių šviesos generatorių; įvairius optomechaninius mazgus lazerinėms schemoms; stabilius ultratrumpųjų impulsų lazerius su grįžtamuoju ryšiu; optinių harmonikų generatorius; specialius nanosekundinės trukmės impulsų lazerius. Tuo metu pedagoginių ir mokslo darbuotojų, dirbančių kvantinės elektronikos srityje, skaičius buvo išaugęs iki 85. 1991 m. užbaigus ūkiskaitinę sutartį Leningrado S. Vavilovo optikos instituto užsakymu, daugiau kontraktų su buvusios SSRS įmonėmis nebebuvo.